沥青混合料永久变形黏弹性力学模型通用性研究

为了拓展沥青混合料永久变形黏弹性力学模型的适用宽度,满足不同温度区间和应力水平的要求,实现在全温域条件下沥青混合料永久变形预估,对6种典型沥青混合料进行了三轴重复荷载蠕变试验,研究不同温度和不同应力水平下的永久变形规律;构建了考虑行车荷载存在间隙期的重复荷载作用下沥青混合料黏弹性力学模型;建立了温度、偏应力与重复荷载作用下沥青混合料黏弹性力学模型参数关系方程并进行了修正。研究结果表明:沥青混合料在低温、中温、高温不同阶段表现出不同的永久变形特性,从全温域角度考虑沥青混合料永久变形发展规律更加符合实际状况;温度、轴载大小和荷载作用次数对沥青混合料的永久变形均有着较大的影响,且三者存在着等效关系;重复荷载作用下沥青混合料永久变形黏弹性力学模型参数拟合及参数与温度、偏应力的关系方程拟合的效果良好,均大于90%以上,提高了沥青混合料永久变形黏弹性力学模型的通用性。同时,确定了不同温度的平均修正系数,使永久应变计算结果更加准确。     

三轴重复荷载作用下沥青混凝土永久变形性能研究

利用CRT NU-14气动伺服材料试验仪对AC-13、AC-16及AC-20等3种沥青混凝土材料进行三轴重复荷载蠕变试验,研究不同试验温度和不同应力水平下沥青混合料永久变形变化规律;在流变学理论基础上推导了基于修正Burgers模型的重复间歇荷载作用下沥青混合料力学模型,并通过数据非线性拟合建立了不同温度条件下的材料永久变形与荷载作用次数以及温度的预估公式。研究结果表明：三轴重复荷载试验环境中,材料永久变形呈现明显三阶段变化规律;偏应力水平及温度升高均会导致材料变形发展速率的增大;高温短时间与低温长时间的永久变形等效性证明了三轴动态重复加载试验作为评价沥青混合料高温流动变形特性的试验方法是合适的;＂永久变形-作用次数-应力＂三维曲面具有较好的精度,能直观全面反映沥青混凝土材料高温变形特性。     

高模量沥青混凝土的高温永久变形预估模型

根据粘弹性理论推导了沥青混凝土的高温永久变形的预估模型,根据重复荷载永久变形试验拟合得出其参数,并将高模量沥青混合料与基质沥青、SBS改性沥青混合料对比,结果表明：该模型可以较好的描述沥青混合料永久变形的变化规律,高模量沥青混凝土有着更好的抵抗永久变形的能力。     

基于Burgers模型的沥青混合料室内车辙试验粘弹性分析

由于沥青混合料特有的粘弹性力学特性和易受温度影响的性质,使得路面在通车后就出现车辙病害.笔者利用Burgers粘弹性模型,推导了室内循环荷载作用下单层车辙板的永久变形公式.对添加车辙王、SBS改性沥青和普通基质沥青的AC- 20C型混合料进行不同温度下的室内车辙试验.利用lstopt软件反算出3种不同类型混合料的Bur...     

应力施加顺序对AC-13沥青混合料永久变形的影响研究

在30、40、50℃下利用CRT-NU14气动伺服沥青材料试验机对AC-13沥青混合料进行0.4、0.7、1.0MPa 3种应力不同施加顺序组合下的三轴重复荷载试验,并对最大永久变形量对应的应力施加顺序下的试验数据进行线性拟合,研究应力施加顺序对沥青混合料永久变形性能的影响。结果表明,AC-13沥青混合料在0.4 MPa→0.7 MPa→1.0 MPa应力作用下产生的永久变形量最大;试验温度下,AC-13沥青混合料抵抗永久变形的能力随着荷载的增大而降低;荷载一定时,试验温度区间内AC-13沥青混合料抵抗永久变形的能力随着温度的升高而降低。     

沥青混合料小梁蠕变试验与数值分析

蠕变性能是评价沥青混合料的重要指标之一。利用三分点小梁弯曲试验对沥青混合料的蠕变性能进行研究,探讨加载水平对蠕变曲线的影响。通过对试验蠕变曲线的拟合,获取沥青混合料的粘弹性参数,利用有限元方法对沥青混合料小梁的弯曲蠕变试验进行数值模拟,得出不同温度及不同荷载条件下沥青混合料小梁蠕变规律,并与试验结果进行比较。研究表明,同一温度下,随着应力水平的增大,永久变形会随之增大,且稳定期应变发展速率也会增大;粘弹性数值分析结果与试验结果吻合良好,可以反映沥青混合料蠕变前2个阶段的变形特征。     

基于Aspha-min的温拌沥青混合料永久变形预估模型分析

为了揭示添加Aspha-min的温拌沥青混合料永久变形规律,通过等粘度原则以及空隙率作为阈值标准确定了添加Aspha-min的温拌沥青混合料的温拌剂添加量以及成型温度,并对AC-13温拌沥青混合料在不同温度、不同偏应力、不同作用次数下进行三轴重复荷载试验,利用修正后的Burgers模型对数据进行插值、拟合,研究得到温拌AC-13混合料永久变形预估模型以及温拌AC-13沥青混合料预估三维曲面。     

SMA-13沥青混合料的永久变形研究

针对SMA-13沥青混合料在高温地区的永久变形问题,采用旋转压实成型(SGC)试件,使用COOPER公司CRT-NU14材料试验机对试件进行三轴重复荷载蠕变试验,研究温度和偏应力对SMA-13沥青混合料重复荷载下蠕变性能的影响,在蠕变试验数据基础上利用1stopt软件基于修正Burgers模型拟合出SMA-13永久变形预估模型,并采用Origin绘制不同温度下SMA-13沥青混合料的"温度-偏应力-作用次数"三维曲面。     

重复荷载下沥青混合料变形的数值模拟

采用加载0.1 s、卸载0.9 s的半正弦波间歇荷载模拟路面实际的车辆荷载,利用线性Drucker-Prager蠕变模型对重复荷载下AC-13C基质、改性沥青混合料的变形进行黏弹塑性数值模拟,预测得到的变形与实测变形相比非常一致。沥青混合料的蠕变应变随着时间的增长而增大,初期增长率大而后期增长率小。在沥青混合料未屈服时,蠕变应变就是沥青混合料的永久应变;当沥青混合料发生屈服,产生了不随时间变化的塑性应变,此时蠕变应变加上塑性应变即为沥青混合料的永久应变。结果表明线性Drucker-Prager蠕变模型可以预测重复荷载作用下沥青混合料的变形,可用于移动荷载下沥青混凝土路面结构的力学响应分析。     

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。     

沥青混合料永久变形的三轴重复荷载试验研究

采用半正矢波间歇荷载,进行了4种不同沥青混合料的三轴重复加载永久变形试验.以流动数为评价指标,研究混合料性质(级配组成、沥青用量和空隙率)、试验温度和应力水平对混合料高温性能的影响,对永久应变与荷我作用次数的关系进行非线性回归分析,提出了能够全面反映重复荷载下沥青混合料的永久变形特性的模型.结果表明:AC16流动数最高,AC13C次之,而AC20和AC13F流动数相对较小;沥青用量增加0.5%,流动数下降20%～30%;空隙率从4%增加到7%,流动数下降50%左右,应力水平越大,温度越高,流动数越小,而降低幅度也减小;在极端高温和重载下,不同沥青混合料的流动数较小,其变化幅度不大,不足以明显区分混合料的高温性能.     

SBS改性沥青混合料蠕变性能试验研究

车辙主要产生于高温时沥青混合料的永久变形。基于此,对基质沥青混合料和SBS改性沥青混合料进行了不同温度及荷载水平下的单轴静载蠕变试验,分析了温度和荷载水平对沥青混合料蠕变特性的影响,并应用Burgers模型对试验进行了模拟。该试验结论指出,Burgers模型可较好地模拟蠕变试验的蠕变柔量曲线,并使用粘弹性理论分析了SBS改性沥青混合料具有较好热稳定性的原因。     

重复荷载作用下粉土永久变形预估模型

利用万能材料试验系统,在不同含水量、压实度和偏应力等影响因素下,对粉土进行了重复荷载三轴试验;同时根据永久变形试验结果和Tseng-Lytton永久变形预估模型形式,对Tseng-Lytton模型进行了改进和标定,建立了含水量与回弹模量双重因素影响下的粉土永久变形预估模型。可信度分析结果表明,所建立的模型可用于粉土的永久变形预估,但所建立的预估模型有必要在以后的工作中根据现场实际情况提出合理的修正系数。     

基于黏弹模型的交叉口路面力学响应分析

为研究交叉口路面在重载和水平荷载作用下的力学响应,考虑沥青混合料在高温时的黏弹特性,建立基于广义Maxwell的黏弹力学模型,探究温度、水平荷载、竖直荷载对路面最大剪应力的影响。文中基于SMA-13、AC-16、AC-20沥青混合料动态模量的试验数据,对黏弹有限元模型的参数进行标定,建立5项Prony级数的力学模型,对交叉口路面力学响应进行了分析。结果表明,最大剪应力峰值出现在路面的上中面层;在水平制动力影响下,路面最大剪应力的最不利荷载点位于荷载圆沿道路纵向的最前方,建议可在城市道路设计时增加最大剪应力控制点;路面的上、中面层对温度的变化更敏感。     

沥青混合料疲劳性能试验与表征方法综述

针对沥青混合料疲劳耐久性设计参数的不确定性与不科学性问题,从疲劳试验方法及疲劳性能表征模型两方面对沥青混合料疲劳性能表征的发展现状、存在的问题进行了综述,并总结了其未来发展方向。沥青混合料疲劳性能主要通过室内外不同疲劳试验进行研究,不同试验方法所用沥青混合料试件的尺寸、形状,试件内部所处应力状态及试验条件皆各不相同,而沥青混合料是一种由沥青结合料与不同粒径矿料通过搅拌和碾压而成的多相、多组分、多尺度黏弹性混合料,其力学响应具有显著的时间、温度与应力状态相关性,不同试验方法所对应的加载速度、试验温度及应力状态存在较大的差异性,故其试验结果呈现出显著的不确定性,其疲劳性能表征模型参数也存在显著的差异性;此外,常用的室内材料疲劳试验方法大多为一维或二维应力状态下的疲劳试验,这与沥青路面结构实际服役过程中所处的三维应力状态不符;沥青混合料疲劳性能表征方程大多来源于一维应力状态下的疲劳试验结果,因此,用简单应力状态下的材料疲劳试验方法与性能表征模型难以客观表征三维应力状态下沥青路面结构的疲劳抗力,从而导致沥青路面疲劳耐久性设计存在较大的偏差。建议开发与沥青路面服役状态一致的三维应力状态下的疲劳试验方法,并建立三维应力状态下疲劳表征模型,以消除不同试验方法及试验条件对沥青混合料疲劳性能表征的影响,提高沥青混合料疲劳性能表征的有效性与完备性。     

沥青混合料高温性能试验方法

基于局部加载的思想设计了一种新的试验方法(局部三轴试验)来正确模拟路面实际状态,并获得准确的沥青混合料永久变形计算参数。通过ABAQUS有限元计算出试件、压头和底座的合理尺寸;利用该试验方法和常规三轴试验对AC20和SMA13沥青混合料进行了重复荷载蠕变试验,基于不同试验结果回归的参数对车辙试验建模计算,并与实测车辙对比分析。结果发现,局部三轴和传统三轴试验结果的规律性一致,流动次数FN均随温度和应力的增大而减小,且沥青混合料在高温或重载下均表现出较大的变形速率。但与车辙试验实测车辙量及永久变形率相比,由传统三轴试验所得参数计算出的结果偏小,而局部三轴试验所得参数计算出的车辙量及永久变形率与实测值较为一致;且从试验设备要求、试件制备过程和试验操作等方面分析,局部三轴试验更加简单易行。     

交通荷载作用下软土地基累积塑性变形分析

针对交通荷载作用下软土地基的变形问题,采用累积应变的经验公式计算其累积沉降。首先通过确定车辆荷载引起的动偏应力和土层的力学指标计算出静力破坏偏应力,然后通过考虑土物理力学性质、循环荷载次数的累积变形公式计算软土地基中各土层在车辆荷载作用下引起的残余累积应变,最后用分层总和法计算总沉降。采用该方法对交通荷载作用下上海地区典型软土地基的累积沉降进行了实例分析。     

重复荷载下粉性路基土永久变形特性和预估模型

以动三轴试验模拟行车荷载下沥青路面路基土长期受力状态,测试加载104次粉性路基土在3种含水量、2种压实度和3种偏应力条件下的永久塑性应变曲线,量化其对路基永久变形的影响程度。大量调研和试验数据拟合分析表明Tseng-Lytton本构模型可预估粉性路基土累计永久应变。利用上述试验结果进一步回归给出了该本构模型中参数与粉性土基本指标含水量和回弹模量的计算公式,从而得到粉性路基土的永久应变预估模型,该本构模型可用于柔性基层沥青路面车辙分析。     

蠕变试验下的橡胶沥青粘弹性能研究

通过弯曲梁流变试验（BBR）得到的蠕变劲度指标,是表征沥青胶结料在低温条件下变形和拉应力的可靠指标。通过不同低温条件下得到的蠕变劲度模量,推导橡胶沥青在BBR试验中的蠕变规律,并建立模型对结果进行模拟分析,最后通过理论模型与试验结果的对比,认为所建立的本构模型能够较准确的反映橡胶沥青的粘弹性能,具有非常明确的物理意义。