高黏弹性沥青砂的抗裂性能研究

应用断裂能理论来研究高黏弹性沥青砂的抗裂性能。通过在不同的试验温度与加载速率条件下进行SCB试验(Semi-Circular Bending Test,半圆弯拉试验),来分析温度与加载速率对破坏荷载和断裂能的影响,研究结果表明:当试验温度保持恒定时,试件的最大破坏荷载随着加载速率的增大而增大,试件的断裂能与加载速率呈负相关;当加载速率保持不变时,试件的最大破坏荷载将随着温度的升高而降低,试件的断裂能与试验温度呈正相关;该试验所需装置简单、试件制作方便、价格低廉,可以作为沥青混合料抗裂设计的标准试验方法。此外,运用ABAQUS有限元软件模拟试验过程并进行参数敏感性分析,将数值模拟结果与试验结果对比,验证了采用断裂能评价高黏弹性沥青砂抗裂性能的有效性。     

钢桥面GA＋SMA铺装结构材料性能优化

对底面层浇筑式沥青混凝土（GA）加上面层改性沥青SMA这一钢桥面典型铺装结构进行沥青混凝土材料性能优化,研制出一种用于钢桥面SMA铺装的胶结料—高弹沥青,开发出一种可以有效降低GA施工温度的专用聚合物改性沥青。对高弹改性SMA以及聚合物改性沥青GA进行了试验验证,结果表明：高弹改性沥青SMA10的-10℃低温弯曲破坏应变达到11 596.8με,比SBS改性沥青SMA10高约50%,疲劳寿命比普通沥青混合料高约20倍;聚合物改性沥青GA10相比岩沥青改性沥青等GA常用胶结料,在油石比降低5个百分点并保证良好的施工和易性基础上降低拌和温度40℃,且60℃静态贯入度、动态贯入度与岩沥青改性沥青GA10、湖沥青改性沥青GA10相差不大。     

SMA-13与AC-13路面老化低温力学性能对比研究

通过老化沥青混凝土SMA-13结构与AC-13结构三点弯曲试验,研究低温老化对SMA-13结构与AC-13结构的弯拉强度、弯拉应变及弯曲劲度模量的影响规律。试验结果表明:加载速率相同条件下,-30℃的试件破坏的弯拉强度和弯拉应变小于-10℃的试件的弯拉强度。在加载速率和温度条件相同时,未老化试件破坏的弯拉强度和弯拉应变大于老化后的试件。老化时间越长,高低温度之间的弯拉应变差别越大。在低温条件下,小梁试件的弯拉应变与老化之间有较好的指数变化规律。同时SMA-13与AC-13沥青混合料的弯曲劲度模量与老化之间也呈现良好的指数关系。通过对小梁试件破坏前的弯曲应变能的计算,可得知在短期老化附近,SMA-13与AC-13沥青混合料具有最大的弯曲应变能。     

钢桥面沥青铺装材料模量参数取值方法

为了探讨钢桥面铺装材料模量参数,针对目前试验方法不能真实反映钢桥面铺装受力特点的问题,采用复合梁五点加载试验模型,建立了钢桥面铺装材料弯拉模量解析公式法,并与采用有限元数值分析方法计算的结果进行了对比;对浇注式沥青混合料GA10和高弹改性沥青SMA10两种典型铺装材料,通过不同温度条件下的逐级加载试验,测试不同荷载作用下加载点的变形,采用解析公式法和数值分析方法计算材料弯拉模量。结果表明:在试验温度和加载力范围内,复合梁加载点变形与荷载大小呈较好的线性关系,并且在较低的温度下,浇注式沥青混合料GA10复合梁的变形明显小于高弹改性沥青SMA10复合梁,在较高温度下,二者相差不大。采用解析公式法确定的弯拉模量与数值分析法计算的结果具有较好的一致性,当竖向位移达到同样值时,两种方法计算得到的弯拉模量差异率在4%以内。同时通过数据分析,确定了不同温度下浇注式沥青混合料GA10和高弹改性沥青SMA10的弯拉模量计算式,并提出了不同温度范围下弯拉模量的取值范围。论文提出的解析公式方法可根据实际荷载条件及变形量,较为简捷地计算铺装材料的弯拉模量,这对指导钢桥面铺装设计及力学分析具有重要作用。     

基于加速加载的SMA沥青道面轮辙特性分析

对某军用机场试验段两种SMA道面结构在60℃条件下,展开加速加载试验,研究SMA道面轮辙变形特性。通过两种结构道面轮辙变形发展特性对比分析,探究环氧沥青道面结构的轮辙变形值、变形速率、变形面积及隆起变形比例。试验结果表明,由于不同下卧层对沥青面层的应力状态影响,致使两种道面结构轮辙特性及发展规律明显不同;两种道面结构的轮辙发展可分为3个阶段,但SMA复合道面较SMA半刚性基层沥青道面变形发展速度和数值都小。SMA半刚性基层沥青道面车辙凹陷面积始终都大于隆起面积,而SMA复合道面在加载前期,凹陷面积大于隆起面积,但加载到一定次数后隆起面积大于凹陷面积;隆起比例系数与道面结构有关,初期两种道面的隆起比例系数有所波动,但随后基本稳定。SMA半刚性基层沥青道面的隆起比例系数的最终的建议取0.45,而SMA复合道面的隆起比例系数的最终的建议取0.6。     

一种评价沥青混合料矿料骨架强度的试验方法

基于局部加载设计了一种评价不含胶结料的沥青混合料骨架强度的试验方法,并研究了混合料类型、岩性、最大公称粒径对骨架强度的影响。通过建立ABAQUS有限元模型,确定贯入阻力试验的压头直径和贯入速率。压头直径为50mm及贯入速率为2.25mm/min时,具有最优的评价效果。对PAC-13,AC-13,Sup-20及Sup-25进行了贯入阻力试验,采用骨架破坏时的最大贯入压力评价沥青混合料的骨架强度,试验结果表明:PAC-13的骨架强度大于AC-13,Sup-25骨架强度大于Sup-20,玄武岩的骨架强度大于石灰岩。含有较多粗集料、最大公称粒径大和集料强度高的混合料具有更高的骨架强度,贯入阻力试验可真实评价沥青混合料的骨架强度。     

爆炸荷载作用下混凝土梁桥受力和变形特性研究

通过数值模拟研究了爆炸压力时程荷载加载在0号块位置下桥梁结构整体响应及其变形特性,并通过改变主梁混凝土材料的强度、爆炸荷载曲线,对材料参数、加载大小、加载速率等因素进行分析。得出了爆炸荷载位于支点附近截面时,一般造成桥梁结构爆点附近的局部变形;混凝土强度的提高,在结构发生整体变形及大面积局部变形的时候有利于结构抗爆;加载速率越大,变形效应越大;在加载冲量相等的情况下,随着加载峰值超压的增大,变形效应也将增大。文章研究结论可为桥梁结构的抗爆设计以及综合防护提供参考。     

基于三点弯曲试验的ATB-25弯拉特性的研究

通过沥青稳定碎石基层ATB-25沥青混合料的三点弯曲试验,研究了温度及加载速率对弯拉强度、弯拉应变及弯曲劲度模量的影响规律。在较大试验温度范围内,施加两组加载速率对ATB-25沥青混合料小梁试件的弯拉特性进行试验研究。结果表明:高加载速率条件下试件破坏的弯拉强度大于低加载速率下的弯拉强度;温度越高,高低荷载速率之间的弯拉强度差别越大。低荷载速率条件下的弯拉应变约为高荷载速率下的1.5~2.5倍,且在温度低于25℃时,小梁试件的弯拉应变与温度之间有较好的指数变化规律。同时,其弯曲劲度模量与温度之间也呈现良好的指数关系。对比分析了高低荷载速率条件下的指数回归方程参数,表明了低荷载速率条件下的ATB-25沥青混合料表现出较佳的抗裂性能。通过对小梁试件破坏前的弯曲应变能的计算,可得知其在常温域(15℃)附近具有最大的弯曲应变能。     

浇注式沥青混凝土组合结构车辙试验研究

为充分掌握影响钢桥面浇注式沥青混凝土铺装结构高温稳定性的要素,以车辙试验为主要方法,从不同试验温度、不同性能混合料组合和不同厚度组合3个方面对浇注式沥青混凝土铺装结构(GA10+SMA10)的抗车辙性能进行试验研究和理论分析。结果表明:试验温度对组合结构的动稳定度影响显著,随着试验温度的增加动稳定度呈指数趋势下降;上面层SMA10和下面层GA10的高温性能对组合结构的动稳定度均有贡献,GA10高温性能的提高对组合结构动稳定度的影响更为显著;不同厚度组合对组合结构高温抗车辙性能有显著影响,组合结构的动稳定度随着上面层SMA10厚度的增加和下面层GA10厚度的减小呈指数趋势提高,SMA10厚度的增加对组合结构动稳定度的影响更为显著。综合来看,要保证组合结构的高温抗车辙性能,应提高上面层SMA和下面层浇注式沥青混凝土的高温性能,尤其要提高下面层浇注式沥青混凝土的高温性能,并尽量增加上面层SMA的设计厚度。     

液压与气液复合加载洞室岩爆模型对比试验

为了探讨液压与气液复合加载条件下地下洞室岩爆现象的差异,选择具有明显脆弹性的石膏模型材料,制作了大尺寸模型试件,利用自主研发的气液复合型岩爆模型试验装置开展液压与气液复合加载洞室岩爆物理模型试验,模拟深部地下洞室开挖过程中的岩爆现象。采用应力应变测试、声发射监测及影像获取等方法,对试件加载过程中洞室的宏观破坏现象、洞室周边内部变形规律、声发射特征参数及裂纹的扩展进行分析。试验结果表明:洞室边墙和拱肩部位产生较大的应力集中区,洞室岩爆破坏顺序是先边墙,后拱肩方向,边墙和拱肩部位在极短的时间内出现裂纹及扩展,形成较大范围的层裂、剥落及弹射碎片,并伴随较大的声响;在相同的加载应力路径下,气液复合加载较液压加载破坏区范围更大,在本试验气液复合加载条件下,边墙破坏区范围大致为0.6b(b为洞室宽度);岩爆的发生及烈度与加载方法和破坏时能量的释放速率密切相关,采用气液复合加载的模型试件,在对应破坏点处应变具有明显的梯度变化,应变值显著高于液压加载试件,同时,声发射能量较液压加载具有明显的突变,岩爆的宏观破坏过程及现象更为明显,破坏程度更为剧烈。气液复合加载的试验方法更为符合实际工程岩体破坏过程的实际受荷。     

高黏沥青砂的松弛特性研究

以温度、加载速率、初始应变为影响因素,通过单轴拉伸松弛试验对高黏沥青砂的松弛特性进行研究。首先,将高黏弹性沥青砂切割成工字形试件。然后,在单轴拉伸强度试验过程中发现采用预切缝工字形试件能充分表达沥青混合料抗拉伸性能并确定了松弛试验的初始应变值。试验表明:在不同温度下高黏沥青砂呈现明显且相似的松弛特性,其松弛模量与加载速率成正相关;随着初始应变值的增加松弛模量呈先增后减的趋势,这是因为高黏沥青砂也从线弹性变形到弹塑性变形甚至出现损伤,而且随着初始应变值增大损伤程度也同样增长并发育成为裂纹;高黏沥青砂的松弛特性随温度变化响应迅捷,当温度偏低时有可能导致破坏过程提前;利用六单元广义Maxwell模型可以很好地刻画其松弛特性,为今后高黏沥青砂损伤模型的探究提供基础。     

沥青混凝土高温剪切行为参数研究

在获取SBS改性沥青混凝土试件在高温无侧限受压破坏下的最大主应力值后,又进行了单轴贯入试验,得到了试件在相同温度下的最大和最小主应力,并利用莫尔-库伦理论得到了抗剪强度参数——黏聚力和内摩擦角,以及无侧限受压和单轴贯入加载下各自破坏面上的剪应力值。研究表明:无侧限抗压强度试验以及贯入试验的结果离散性均较小,试验结果较可靠,比传统三轴试验更加方便和可行。     

缓冲型防落梁钢圈限位装置力学性能试验

经合理设计的防落梁限位装置可以有效减小地震发生时桥梁上、下部结构间的相对位移，阻止落梁破坏的发生，而明确限位装置力学性能是对其进行合理设计的必要前提。为探明缓冲型防落梁钢圈限位装置的滞回性能和破坏模式，并提出极限位移和极限承载力的计算方法，制作了6个试件进行拟静力试验研究。分析了钢材种类、限位装置截面高度h和直线段长度a等设计参数对其力学性能的影响，试验结果表明：①在初期的加、卸载过程中，试件以弯曲变形为主，刚度及承载力低。由于弧段部位过早出现塑性，卸载后出现永久性变形；试件在反复加载过程中，累计塑性变形增加，后期以拉伸变形为主，刚度大。试件达到最大承载力后，发生颈缩、断裂破坏，最终丧失承载能力。②分析试件圆弧段测得的应变，加载初期内侧受拉，外侧受压；随着位移的增加，弧段外侧达到最大压应变后，试件被拉直，中性轴偏离截面形心；破坏时，试件各部位均出现较大的拉应变。③参数a对试件启动限位功能时机影响较大，对试件初期刚度几乎没有影响；参数h增加时，承载力的增长速率、初期刚度以及最大承载力均增加，但对位移影响较小；改变钢材种类对承载力影响较大，对位移影响较小。在试验研究的基础上，提出了该类限位装置的极限承载力与极限位移计算公式，并验证了计算公式的有效性。     

用真实应力比表征的老化沥青混合料疲劳性能

为了弥补现行沥青路面设计规范在利用传统疲劳方程进行疲劳设计时的不足,通过对沥青混合料进行不同程度的长期老化试验模拟了路面实际的老化程度。通过不同加载速率下的沥青混合料强度试验,揭示了强度随加载速率的变化规律。基于不同加载速率下的强度值,得到了与疲劳加载速率对应的疲劳真实应力比,建立了基于名义应力比和真实应力比的沥青混合料疲劳方程。基于名义应力比的疲劳方程曲线后延后与横坐标的交点远比1大,不具有后延性,而基于真实应力比的疲劳方程曲线可以后延到疲劳寿命为1的强度破坏点,统一了强度破坏与疲劳破坏的内在联系。建立了基于真实应力比的老化沥青混合料疲劳方程,疲劳方程曲线均通过(1,1)点。研究结果可为沥青路面设计时考虑老化效应的影响和抗拉强度结构系数的正确计算提供理论方法和依据。     

不同卸围压速率下混凝土材料能量特征研究

为了探究混凝土材料在不同卸围压速率下的强度特征和能量变化规律,制备圆柱状混凝土试件,开展常规三轴卸围压试验。研究结果表明:混凝土试件的峰值强度随着卸围压速率的增大呈线性关系减小,其峰值轴向应变随着卸围压速率的增大呈单指数关系减小;卸围压速率越低,试件卸围压阶段所持续的时间越长,积累的弹性能随之增大;同时发现试件的卸围压速率越小,卸围压开始时刻到应力峰值时刻的耗散能增长速率越快,且试件峰后破坏阶段的耗散能曲线斜率随着卸围压速率的增大逐渐增大;随着卸围压速率的增大,混凝土试件应力峰值时刻的轴向能量、环向能量、弹性能和耗散能均减小,低卸围压速率下试件变形充分,而卸围压速率较高的时候,试件的变形破坏具有突发性。     

重塑饱和黄土K0固结三轴试验研究

采用GDS静三轴仪，进行了饱和重塑黄土的K0固结试验研究，探讨了不同加载速率下试件的变形特性，并对试验结果进行对比和分析。结果表明:不同加载速率下，试件轴向应力与轴向应变的关系曲线变化趋势一致；不同加载速率条件下，当轴向应力达到同一值时，加载速率大的试件，其轴向应变越大；不同加载速率下，土样侧压力系数K0与轴向应变的关系曲线趋势基本一致；加载速率不同，试件侧压力系数K0的稳定值也不同，但仅在一定范围内变化。     

微表处沥青混合料斜剪试验研究

采用新型45°斜剪试验研究在不同加载速率、不同界面状态、不同温度和水的影响下SBR改性乳化沥青微表处混合料的抗剪性能,阐释不同温度下微表处的剪切破坏形式,分析黏层油、泥土和水对微表处抗剪强度的影响效果。结果表明：微表处加载速率越快,抗剪强度越高;微表处在常温环境下的剪切破坏形式主要为层间剪切破坏,在高温环境下的破坏形式主要为自身剪切破坏;当原路面表面粗糙时,洒布黏层油对层间抗剪强度的增加贡献不大,泥水会降低微表处的层间抗剪强度;水的浸泡会损害微表处的层间抗剪强度,洒布黏层油能有效提高微表处与原路面界面的抗水损害性能。     

干湿循环与疲劳荷载耦合劣化作用下透水混凝土耐久性研究

为研究透水混凝土在运营期反复受到车辆荷载和雨水干湿循环侵蚀作用下的耐久性,通过采用非离子水干湿循环、抗压强度试件循环疲劳加载及两因素耦合作用方式,研究其对透水混凝土进行透水系数、孔隙率、质量损失率及强度损失率影响。结果表明:干湿循环单一劣化因素作用下对透水系数影响不大,质量损失率和强度损失率均随着循环次数的增加而增加,当循环次数大于60次时质量损失明显;疲劳荷载单一劣化因素作用会使透水系数先减小后增加,其对试件的破坏是整体性的,强度损失率会随着应力水平和疲劳加载次数的增加而增加;干湿循环和疲劳荷载耦合作用下透水混凝土劣化效应加剧,且增幅大于单一效应叠加。     

旧水泥混凝土路面粘弹性特征的试验研究

为研究水泥混凝土路面在经过一定使用年限后的粘弹性特征,以一条使用15年的水泥混凝土路面为研究对象,采用控制位移法进行一次加载、循环加载试验,测试了旧水泥混凝土钻芯试件在0.1 mm/min、0.3 mm/min、0.5 mm/min三种加载速率下的σ~ε曲线,通过对三种速率下的σ~ε曲线变化规律表征旧水泥混凝土的粘弹性。研究结果表明:旧水泥混凝土试件σ~ε试验结果离散性很大,试件加载破坏后产生较大的变形和结构整体性破坏。     

基于不同搅拌方式下的水泥稳定碎石力学性能及细观结构研究

搅拌工艺对水泥稳定碎石的力学性能有较大影响。为了分析振动和非振动搅拌技术对水泥混凝土的力学性能和细观结构的影响,文章采用不同的搅拌工艺制备试样进行研究。采用CT试验分析了水泥砂浆在粗集料表面的分布情况;通过开展不同应力状态下的强度、模量和疲劳试验来揭示搅拌技术的影响;分别建立了强度随加载速率和模量随应力水平的变化规律,采用与加载速率相关的应力比修正的S-N疲劳方程来表征其疲劳性能。研究结果表明,振动搅拌技术制备的水泥稳定碎石试件的砂浆在骨料中分布更加均匀,密实型更高;在相同的试验条件下,振动搅拌制备的水泥稳定碎石试件的强度、模量和疲劳寿命均高于非振动搅拌成型的试件;振动搅拌制备的试件的强度和模量随加载速率的增长速率更高;与非振动搅拌制备的水泥稳定碎石试件相比,振动搅拌制备试件的疲劳寿命应力敏感性更加稳定。