基于神经网络理论的沥青混合料疲劳性能的预测模型

荷载条件、环境条件以及沥青混合料本身性质都会影响沥青混合料的疲劳性能.而疲劳试验所得出的疲劳方程不能反映众多因素对沥青混合料疲劳性能的影响.文中将荷载间歇时间、加载频率、试验温度、沥青混合料空隙率、沥青软化点、沥青用量等6个影响因素适当组合,在MTS材料试验系统上进行了不同条件下的应力控制的疲劳试验;然后,运用遗传算法和神经网络理论来考虑各因素对沥青混合料疲劳性能的影响,得出一种较为完善的沥青混合料疲劳性能的预测模型.研究表明,这种方法是科学的和可行的,所得出的预测模型的精度较高.     

沥青混合料疲劳性能的影响因素分析

研究荷载间歇时间，加载频率，试验温度，空隙率，沥青针久度，沥青用量6因素对沥青混合料疲劳性能的影响程度。首先，运用正交设计的方法将影响因素适当组合，在MTS810材料试验系统上进行不同条件下的应力控制的疲劳试验；然后，分析各影响因素对沥青混合料疲劳寿命的影响程度；最后，讨论各因素是如何影响沥青混合料的疲劳性能的。研究表明，各因素对沥青混合料疲劳性能影响程度大小顺序为：荷载间歇时间→试验温度→沥青品种→级配类型→沥青用量→加载频率。     

泡沫沥青冷再生混合料疲劳性能的探讨

依据现有热拌沥青混合料疲劳试验的研究成果,结合泡沫沥青冷再生混合料的特点,确定了疲劳试验的参数,即采用10 Hz半正弦波荷载进行劈裂疲劳试验.基于不同的级配以及不同的水泥含量,选用了5种不同级配的泡沫沥青冷再生混合料进行劈裂疲劳试验.根据试验结果将应力水平与疲劳寿命分别在单对数和双对数坐标上采用线性方程进行拟合.通过对疲劳方程分析表明,对于小应力比作用下,少量水泥所引发的脆性性质难以表现出来,而水泥和沥青的综合胶结作用会增强材料的抗疲劳性能;泡沫沥青冷再生混合料与粗粒式热拌沥青混合料相同应力比条件下的疲劳性能基本相当,同时发现在2%的水泥用量之内,增加水泥用量不会明显影响材料的抗疲劳性能.     

冻融作用下沥青混合料疲劳性能试验研究

冻融试验可用于模拟潮湿条件下路面受到水损害时其疲劳寿命的变化.针对AC - 25沥青混凝土设计3种级配,进行冻融劈裂疲劳试验,建立无水和有水条件下的疲劳方程,分析不同因素对冻融后沥青混合料疲劳性能的影响,揭示冻融后沥青混合料疲劳性能衰减机理.     

沥青混合料3种疲劳试验方法对比分析

采用小梁弯曲试验、半圆弯拉试验、间接拉伸试验3种方法,进行多因素影响下的沥青混合料疲劳试验的对比分析。采用SMA-13、SMA-20两种级配,基于3种试验方法分别进行不同温度、频率、应力比以及空隙率的疲劳试验。对试验结果进行极差和方差分析,比较不同因素对混合料疲劳寿命的影响,并采用多元线性回归方法建立疲劳方程。研究结果表明:同一条件下,不同试验方法所得出的疲劳寿命和主要影响因素并不相同,疲劳寿命表现为:间接拉伸试验小梁弯曲试验半圆弯拉试验,推荐采用简便可靠的半圆弯拉试验模式进行沥青混合料的疲劳性能研究。     

试验条件对车辙试验影响的研究

鉴于沥青混合料车辙试验对车辆重载、超载、大坡度沥青路面适用的局限因素,即对超载、超高温,坡度等因素考虑不足等原因,依据沥青及沥青路面时间等温效应,在分析剪切作用对沥青混合料车辙影响的基础上,研究了不同试验条件对沥青混合料车辙试验的影响,得出了车辙试验结果与温度、荷载、坡度、冻融循环等条件间关系.     

沥青类型对沥青混合料车辙的影响

通过对普通沥青混合料和改性沥青混合料在各种相同的试验条件下所进行的车辙试验对比,分析了沥青类型对沥青混合料抗车辙能力所产生的不同影响,得出改性沥青可以显著提高沥青混合料的高温稳定性能.     

骨料天然特性对沥青混合料疲劳开裂的影响

沥青混合料的疲劳开裂是最为常见的路面病害之一。在进行混合料的试验室配合比设计时,寻求最为合适的骨料来保证混合料良好的路用性能,以抵抗路面疲劳开裂,显得尤为重要。沥青混合料的抗拉和抗剪强度主要由其内部粘结力来提供,而沥青的种类以及沥青砂浆的强度都会对粘结力产生影响。沥青混合料的抗压强度和承载能力主要由其矿料骨架来提供,因此骨料的级配曲线以及骨料的形状影响着裂缝的形成与开展(由于内部摩擦引起的),因此,骨料的天然特性(包括与沥青的粘结作用和自身抵抗压碎的能力)对混合料性能的影响很大。该文分析了粗骨料的天然特性对沥青混合料疲劳开裂的影响,采用西班牙格拉纳达大学沥青疲劳开裂试验(UGR-FACT),测试两种不同的沥青混合料试块在不同荷载幅值、频率以及试验温度条件下的开裂性能。试验结果表明:粗骨料的天然特性对沥青混合料的疲劳开裂起到了相当重要的作用,与沥青标号和混合料的矿料组成一样,都是在混合料的设计过程中非常重要的考虑因素。     

泡沫沥青用量对冷再生混合料疲劳性能的影响

泡沫沥青再生混合料的疲劳性能是影响泡沫沥青混合料性能的重要因素。通过控制泡沫沥青的用量,采用间接拉伸强度试验和疲劳性能试验,并对实验结果进行分析,找出泡沫沥青用量和泡沫沥青混合料性能的关系。以期增加对泡沫沥青混合料疲劳性能的了解。     

硫磺改性沥青混合料性能及其应用研究

为改善沥青的高温性能,减小沥青路面车辙,提出了用SEAM改性沥青的新方法。为证明SEAM改性沥青混合料在车辆荷载和气候作用下的性能变化,通过室内试验,研究了SEAM改性沥青混合料的马歇尔性能指标、高温、低温稳定性、水稳定性和疲劳性能及影响其性能的因素。现场验证了SEAM改性沥青混合料路面的性能、使用效果和经济性。室内试验结果表明,当SEAM掺量大于20％以后,SEAM改性沥青混合料具有较好的抗车辙性能和抗疲劳性能。与普通沥青混合料路面相比,SEAM改性沥青混合料路面施工工艺和程序与普通沥青混合料相同,但在性能上SEAM改性沥青混合料好于普通沥青混合料,并可以节约一定的工程费用。基于SEAM改性沥青混合料在高温条件下的良好路用技术性能,得出了SEAM改性沥青混合料可以作为气候炎热地区沥青路面设计的一个方案选择的结论。     

基于沥青混合料疲劳性能预测的混沌神经网络模型研究

沥青混合料的疲劳性能是决定沥青路面疲劳开裂的关键因素.由于沥青混合料的疲劳性能受众多因素影响,且各因素之间存在强烈的非线形关系,故难以有效进行预测与优化.提出基于混沌神经网络模型的方法,对以疲劳性能为目标的沥青混合料进行仿真计算,结果表明,此方法高效可行,预测精度高,可为沥青混合料的试验设计提供理论参考.     

沥青混合料疲劳-蠕变交互作用损伤模型

为了研究沥青混合料在重复荷载作用下的疲劳特性并描述疲劳-蠕变损伤效应共同作用的过程,考虑沥青混合料具有的动态性质,从粘弹性损伤力学基本理论出发,基于应变等效假设,采用复数模量定义了损伤变量。通过分析沥青混合料在周期荷载作用下的损伤变化规律,运用疲劳-蠕变耦合损伤理论,建立了疲劳-蠕变损伤效应共同作用时的损伤演化方程,提出了体现温度及应力影响的损伤模型和疲劳寿命预测模型,并对损伤模型进行了分析。研究结果表明:构建的损伤模型满足热力学准则和物理条件;沥青混合料疲劳失效是由疲劳-蠕变损伤效应共同影响所致;利用提出的疲劳模型可以更好地预测不同温度和应力条件下的沥青混合料疲劳寿命。     

泡沫沥青冷再生混合料疲劳特性及其长寿命冷再生沥青路面结构优化

为了研究新旧沥青长期融合作用下泡沫沥青冷再生混合料的抗疲劳耐久性,采用4点弯曲疲劳试验,对80％、100％的RAP泡沫沥青冷再生混合料进行了低应变水平下的疲劳试验,分析RAP、再生剂、模拟服役时间对泡沫沥青冷再生混合料疲劳性能的影响规律,拟合回归了泡沫沥青冷再生混合料的疲劳方程,确定了泡沫沥青冷再生混合料的疲劳极限应变,进而优化了长寿命泡沫冷再生沥青路面结构.结果 表明:添加再生剂对泡沫沥青冷再生混合料的力学性能、路用性能和抗疲劳性能有显著增强作用;增大荷载应变水平显著降低了泡沫沥青冷再生混合料的疲劳寿命,泡沫沥青冷再生混合料疲劳寿命对应变水平变化极为敏感,增大RAP掺量或添加再生剂均能改善冷再生混合料的抗疲劳性能;室内放置期间,泡沫沥青冷再生混合料疲劳寿命同样存在增长过程;将泡沫沥青冷再生混合料中的RAP仅作为黑色集料,低估了泡沫沥青冷再生混合料的抗疲劳性能.推荐泡沫沥青冷再生混合料的疲劳极限应变为100με.在此应变水平下,泡沫沥青冷再生路面满足长寿命沥青路面抗疲劳性能要求.     

多级等幅荷载下沥青路面疲劳破坏研究

采用四点弯曲疲劳试验对沥青混合料的疲劳寿命进行了分析,并基于传统MINE疲劳损伤累积模型在多级等幅荷载沥下沥青混合料的疲劳损伤预测的弊端,结合非线性损伤模式提出了新型的沥青混合料疲劳预测模型。通过研究表明:多级荷载作用下,沥青混合料的耗散能、混合料的劲度模量及滞后角参数均表现出非线性变化趋势;由高应变水平向低应变水平转变时,沥青混合料劲度模量越易恢复;当多级荷载应变水平采用高—低,或由低—高—低的加载方式时,能有效提高沥青混合料的疲劳寿命,降低损伤进程。同时,根据多级荷载下沥青混合料的损伤变化呈一种非线性关系,建立的损伤累积模型能满足对沥青路面的疲劳损伤预测要求。     

再生剂对乳化沥青重复冷再生混合料特性的影响

为研究乳化沥青重复老化冷再生混合料结构特性,掌握沥青老化程度对路用性能的影响规律,利用基本性能试验、劈裂强度试验、动态加载疲劳试验及水稳定性试验对掺加不同再生剂的混合料体积参数和性能指标进行分析。结果显示,再生剂能显著改善混合料的力学性能、抗水损害能力和抗疲劳特性,提高重复老化再生混合料的劈裂强度和劈裂最大荷载,降低混合料的空隙率和RAP料重复老化对混合料劈裂强度的劣化作用;随着应力比的增加,再生混合料的荷载呈线性增加趋势,疲劳作用次数呈指数函数下降趋势,且再生剂对混合料疲劳作用次数的改善效果逐渐降低,对疲劳破坏荷载的改善效果无显著变化。     

温度和冻融作用下沥青混合料疲劳性能研究

为模拟车辆荷载及气温、降水等自然因素对沥青路面疲劳性能的影响,文章通过室内试验,研究了应力比、温度和冻融循环等因素对沥青混合料疲劳寿命的影响。结果表明,随着应力比的增大和温度的升高,沥青混合料的疲劳寿命逐渐降低;经冻融后,沥青混合料的疲劳寿命有所降低。各条件下,疲劳寿命随应力比都呈指数规律变化,温度越高,A值和B值越小;冻融后A值和B值都会增大,其中经冻融且温度为15℃时A值和B值最大,此时疲劳寿命受应力比的影响最显著。     

密级配沥青稳定碎石疲劳性能研究

沥青混合料的疲劳破坏是柔性路面结构设计中重要的控制指标因素,沥青稳定碎石在国内路面结构中得到逐步应用,然而对这种材料的疲劳性能的研究还较少。为了完善柔性路面结构设计体系,本文采用四点弯曲疲劳试验方法对比研究ATB25和AC25、AC20等3种不同级配的疲劳性能。通过对试验结果的统计和回归分析,得出3种混合料疲劳性能差别、温度对疲劳寿命的影响、ATB25的室内疲劳预估模型。结果表明ATB25具有较好的疲劳寿命,AC20疲劳性能最优,ATB25与AC25疲劳性能相近;相对于AC20,ATB25疲劳寿命受温度的影响更大。在柔性路面结构中,ATB类沥青混合料作为最下层沥青混合料具备较好的抗疲劳性能。     

水对沥青混合料抗疲劳性能的影响试验研究

采用4种级配沥青混合料,设计2种水处理条件,对经过水处理和未经过水处理的试件进行疲劳试验,并对试验结果进行对比,研究水对沥青混合料疲劳性能的影响,分析水使混合料抗疲劳性能下降的力学机理.     

沥青类型对沥青混合料车辙的影响

该文通过对普通沥青混合料和改性沥青混合料在相同的各种试验条件下所进行的车辙试验的对比,分析了沥青类型对沥青混合料抗车辙能力所产生的不同影响．得出改性沥青可以显著提高沥青混合料的高温稳定性能。     

布敦岩沥青改性沥青混合料疲劳耐久性试验研究

为了研究布敦岩沥青改性沥青混合料的疲劳耐久性,利用万能材料试验系统,对基质沥青混合料、布敦岩沥青改性沥青混合料和SBS改性沥青混合料进行4种不同应力比条件下的疲劳耐久性试验,分别拟合得到3种沥青混合料的疲劳方程拟合参数,并对试验结果进行对比分析。试验结果表明:在相同应力比条件下,基质沥青混合料疲劳寿命最短,SBS次之,布敦岩沥青改性沥青混合料的疲劳寿命最长;布敦岩沥青改性沥青混合料疲劳方程拟合参数K最大,n最小。疲劳方程拟合参数K和n表征布敦岩沥青改性沥青混合料对于应力比变化的敏感程度最低,在荷载水平增加相同幅度的条件下,布敦岩沥青改性沥青混合料的疲劳寿命衰减量最小,进一步说明其具有较好的抵抗疲劳荷载的能力,其疲劳耐久性最好,将其用于沥青路面铺筑可有效延长路面的使用寿命。