环氧沥青混凝土钢桥面铺装疲劳寿命研究

基于钢桥面铺装的裂缝特点及断裂力学理论,引入裂纹尖端位移CTOD参数研究了钢桥面铺装环氧沥青混凝土裂纹扩展阶段的疲劳演化规律。考虑材料的不均匀性,试验采用切口三点弯曲梁试验方法,在MTS试验系统上进行了3组钢桥面铺装复合梁的疲劳试验,定义了三点弯曲梁方法中环氧沥青混凝土的裂纹起裂点和疲劳破坏点。研究结果表明:环氧沥青混合料的疲劳寿命与断裂韧度有很好的相关性。通过拟合试验结果而建立的以CTOD为参数的预测模型可以方便地预测钢桥面铺装环氧沥青混凝土裂纹扩展阶段的疲劳寿命。     

基于黏弹性力学分析和线性累积疲劳损伤理论的钢桥面铺装疲劳寿命预估

对常用于钢桥面铺装表层的SMA沥青混凝土和环氧沥青混凝土进行-10℃、0℃和15℃四点弯曲疲劳试验,得出疲劳曲线和疲劳方程;使用动态剪切流变仪(DSR)、Q800动态热机械分析仪(TMA)和UTM-25伺服液压系统对SMA沥青混凝土、浇注式沥青混凝土、环氧沥青混凝土、Eliminator防水黏结层、环氧沥青和改性乳化沥青等常用钢桥面铺装材料进行动态力学试验,获取黏弹性力学参数,并进行有限元数值模拟,得出荷载温度耦合作用下铺装表面最大横向弯拉应变.计算江西九江长江公路大桥不同温度区域下的交通量,根据线性累积疲劳损伤理论预估钢桥面铺装的使用寿命.结果表明:环氧沥青混凝土铺装结构疲劳寿命预测结果优于浇注式沥青混凝土铺装结构,后者更适合于北方寒冷地区的气候条件,双层环氧沥青混凝土增加Eliminator防水黏结层后能显著提高其使用寿命.     

钢桥面浇注式沥青+改性沥青SMA铺装结构疲劳抗裂性能评估

为评价钢桥面铺装材料抗疲劳开裂性能,采用四点弯曲试验进行不同温度和应变条件下的高弹改性SMA10疲劳试验,建立不同温度下的疲劳行为方程;通过有限元模型提取铺装层顶面最大弯拉应力,计算SMA10在不同温度区间疲劳损伤度,建立钢桥面铺装疲劳开裂预估模型。研究结果表明,温度和应变对钢桥面铺装开裂影响显著;温度每升高10℃,高弹改性SMA10的疲劳寿命提高4~5倍;应变条件和疲劳寿命之间具有很好的指数函数关系,其相关性系数均大于0.9;通过预估模型结果表明,浇注式沥青混合料GA10+高弹改性沥青SMA10结构的疲劳开裂寿命为16年,其预估结果为钢桥面铺装方案的选择提供了理论依据。     

钢桥面铺装材料疲劳性能研究

针对钢桥面铺装层容易出现疲劳开裂与车辙破坏的特点,提出采用4种有代表性的铺装层沥青混合料,通过应变控制模式下的四点弯曲疲劳试验方法,研究其疲劳特性以提高钢桥面铺装层的抗疲劳耐久特性和高温稳定性。通过多个应变水平下的疲劳试验,分析了沥青混合料劲度模量与改性沥青品质、疲劳寿命、滞后角的关系,验证了疲劳寿命与累积耗散能在双对数坐标下的线性关系,得出不同改性沥青混合料的疲劳曲线和疲劳方程。不同的铺装层材料很难建立相同的疲劳预测模型,只能根据直接的疲劳试验获得混合料的抗疲劳耐久特性。     

环氧沥青混凝土钢桥面铺装层增柔改性技术研究

环氧沥青混凝土钢桥面铺装在固化后比较脆硬,与钢桥面板的变形协调性较差,同时在温度急剧降低时,环氧沥青混合料因其模量很高一般会产生较大的温度内应力,受到车辆交通荷载作用时容易引起桥面铺装层开裂破坏.为此,笔者提出以柔量作为环氧沥青混凝土柔性的评价指标,通过橡胶颗粒来改善环氧沥青混凝土的柔韧性.在材料试验机(MTS810)上进行控制应力低温小梁弯曲试验,研究结果表明,试验所用环氧沥青其橡胶颗粒的最佳掺量为2.1％,此时小梁的柔韧性得到显著改善,其破坏形式由改性前的瞬间脆断变为裂缝逐渐扩展,这对于改善桥面铺装层长期性能具有一定的参考价值.     

正交异性钢桥面环氧沥青铺装层疲劳耐久极限研究

虎门二桥坭洲水道桥为主跨1 688m的双塔钢箱梁悬索桥,桥面采用正交异性钢桥面板环氧沥青铺装层结构。为提高该桥环氧沥青铺装层的使用寿命,研究环氧沥青铺装层疲劳耐久性的极限受力影响因素,基于小梁试件四点弯曲疲劳试验,采用Abaqus软件建立局部梁段三维有限元模型,分析最不利荷载位置处铺装层的极限受力情况。结果表明:环氧沥青混合料的疲劳耐久极限为578με;随着铺装层弹性模量的增大,铺装层的应力、应变显著减小,其疲劳耐久极限模量为2 687MPa;环氧沥青铺装层的应变与车辆接地压强呈正相关关系,该桥铺装层的疲劳耐久极限接地压强为1.59MPa。适当提高环氧沥青铺装层的弹性模量,并应严格控制通行车辆的轴重,可以提高该桥的铺装层耐久性。     

冷再生混合料疲劳性能研究

采用小梁试件进行三分点加载弯曲疲劳试验,研究了不同应变水平、不同再生料（Recycled Asphalt Pavement简称RAP）掺量下沥青路面冷再生混合料的抗疲劳性能,揭示了冷再生混合料的疲劳变化规律,同时建立了疲劳方程。研究结果表明随着RAP掺量增加冷再生混合料的疲劳寿命提高,再生混合料的疲劳敏感程度降低;同一应变水平下泡沫沥青冷再生混合料的疲劳寿命大于乳化沥青冷再生混合料的疲劳寿命。     

SBS改性沥青混合料自愈合能力影响因素的优化

沥青这种有机胶凝材料,在一定的时间、温度条件下,其自身具有愈合能力,同理沥青混合料在一定的时间和温度条件下亦具有愈合特性,但其自愈合效果仅能在最佳环境条件下达到理想状态。为了研究沥青混合料的愈合影响因子,探索最佳愈合条件,提高路面养护过程中沥青混合料的自愈合能力,选取常用的沥青路面表面层SBS改性沥青混合料为研究对象,采用控制应变的小梁四点弯曲疲劳破坏-愈合-疲劳破坏试验,对沥青混合料破坏愈合前后的疲劳寿命进行了对比研究,同时采取了愈合后的疲劳寿命恢复百分率作为评价指标。采用多因素多水平正交试验,对不同愈合时间、愈合温度以及应变条件下沥青混合料的自愈合特性进行了系统研究。研究结果表明:对于SBS沥青混合料,愈合温度和愈合时间均与沥青混合料的疲劳寿命恢复率呈正相关,但愈合温度不能超过沥青胶结料的软化点,否则影响沥青混合料高温稳定性;而应变大小与疲劳寿命恢复率呈反比关系,随着应变的增大,沥青混合料的疲劳寿命恢复率减小;愈合温度对沥青混合料的自愈合效果影响最为显著,愈合时间影响次之,应变大小影响最小;对于SBS改性沥青混合料,其最佳愈合条件是温度60℃,愈合时间6 h,应变1 000με。因此,在路面养护过程中,较高温度和控制交通量及超荷载条件可有效提高沥青路面自愈合能力。     

高弹改性沥青在钢桥面铺装中的应用研究

针对目前钢桥面铺装面层沥青混合料容易产生疲劳开裂的问题,根据沥青混合料粘弹原理中的累积耗散能和滞后环线理论,提出通过降低沥青混合料每次滞后环线的损失能量从而提高沥青混合料疲劳寿命的观点.根据此原理开发了高弹改性沥青,对高弹改性沥青的高低温性能以及疲劳性能进行了试验验证,高弹改性沥青混合料的低温变形能力有很大的提高,-10℃低温大梁弯拉应变大于10 000με,4点弯曲小梁疲劳寿命比普通改性沥青混合料的疲劳寿命有了很大的提高,1 000με疲劳寿命达到190万次,是普通混合料的疲劳寿命的20倍左右.     

温拌SBS改性沥青混合料低温与疲劳特性研究

为了研究温拌剂对SBS改性沥青混合料低温和疲劳特性的影响,采用SGC击实仪成型试件,测试温拌沥青混合料的空隙率与劈裂强度,确定拌和与击实温度,并利用低温小梁实验和四点弯曲疲劳试验测试沥青混合料的力学性能进行评价。研究结果显示:温拌剂掺入,降低了沥青混合料的成型温度.提高了SBS改性沥青混合料的压实性;温拌剂可以提高沥青混合料的破坏应变,使沥青混合料的柔性增加;养生可以提高温拌沥青混合料的低温性能;温拌沥青混合料(WMA)的疲劳寿命大于普通热拌沥青混合料(HMA),并且WMA的疲劳寿命对温度和应变的敏感性较低。