沥青混合料粘弹特性分析

选择沥青混合料AC-13C,通过UTM进行室内静态蠕变试验,用线粘弹本构模型Burgers模型进行粘弹特性分析,并通过构建经验的双曲线和幂函数进行数据拟合,发现尽管Burgers模型物理意义比较清晰,但其精度较经验本构模型低。因而在对于描述沥青混合料本构特点时,经验本构方程是比较适用的。     

采用L-M方法辨识沥青混合料本构模型参数

现有的沥青混合料本构模型参数辨识方法主要是对试验数据图进行分析,结合本构模型公式得到材料参数。这种方法主观性强,精度差。文章以Burgers模型为例,通过引入了基于不等距节点的二次B样条对试验数据序列进行筛选,采用非线性最小二乘L-M方法对沥青混合料本构模型进行拟合,得到了精度较高的模型参数。     

应用主曲线确定沥青混合料的粘弹性参数

应用频率扫描试验测定了不同温度、不同频率作用下三种沥青混合料的动模量及相位角,并应用时温叠加原理及Sigmoidal函数确定了沥青混合料在某一参考温度下的动模量主曲线及相位角主曲线。同时以广义麦柯斯韦模型的本构关系为基础,通过傅立叶变换实现了沥青混合料频域模量到时域模量的转换,并根据动模量主曲线、相位角主曲线数据计算了沥青混合料的储能模量,在此基础上确定了广义麦柯斯韦模型的粘弹性参数。结果表明,应用频率扫描试验确定沥青混合料的粘弹性参数,较其他试验方法简单易行,数据稳定可靠。     

基于MTS压缩试验的热态沥青混合料黏弹塑性模型

利用MTS810材料试验系统,对松散热态SBS改性沥青混合料进行压缩试验,结合现场路面压路机的作用时间,建立了一种热态沥青混合料黏弹塑性本构模型;根据MTS压缩试验的循环试验结果,确定了不同荷载循环过程下沥青混合料的黏弹塑性参数,分析了热态沥青混合料的变形特性。结果表明:MTS压缩试验正确地反映了热态沥青混合料的应力响应特征,为深入研究沥青混合料的热流变性能提供了新的途径。     

基于BP神经网络的沥青混合料低温性能预测模型

该文应用灰熵关联度法从沥青性质和级配两个方面分析了沥青混合料低温性能的主要影响因素,建立了沥青混合料低温性能BP神经网络预测模型.通过43组试验数据对模型进行了学习训练,并用另外5组试验数据对模型进行了检验.检验结果表明:预测模型可信,精度能满足要求,可用于沥青混合料低温性能预测.     

沥青混合料动稳定度温度特性分析

为了分析沥青混合料动稳定度的温度特性,对选用的2种沥青、3种矿料级配的沥青混合料进行不同试验温度条件下的车辙试验,并利用给出的Boltzmann S形成长曲线模型,量化分析沥青混合料动稳定度变化规律,提高了传统的60℃动稳定度的适用性。试验结果表明:沥青混合料"动稳定度-试验温度"试验结果与Boltzmann S形成长曲线有良好的相关性,不同沥青种类及混合料类型条件下曲线拟合的相关系数均在0.97以上;沥青混合料动稳定度随温度变化而产生突变的温度节点出现在软化点附近0~5℃,并且在选用的温度范围内,改性沥青混合料对环境温度的敏感程度整体上要大于基质沥青混合料。     

沥青混合料蠕变的变参数模型

为了准确描述沥青混合料整个蠕变过程,解决现有黏弹性模型的不足,对经典模型进行了扩展。运用非定常参数替换定常参数的方法,把经典Zener模型、Zener模型与黏壶串联结构中的黏性参数看为时间的函数。利用元件串联、并联时的力学关系,推导改进模型本构方程和蠕变函数的一般形式。通过选择参数的具体时变形式求出具体的蠕变函数,发现一些经验蠕变公式是改进后模型的蠕变函数;通过蠕变特征的分析,发现改进后的模型具有较广的描述范围;通过拟合不同沥青混合料的蠕变试验数据,发现修正后的模型对试验数据有较好的拟合效果。给出的变参数模型实现了用较少的参数对沥青混合料3阶段蠕变过程给出比较准确的描述。     

Viscoelastic Dynamic Response of Saturated Asphalt Pavement

将沥青混合料假设为粘弹性体,应用沥青混合料的蠕变试验结果,拟合蠕变应变公式,建立粘弹性本构关系.将单圆均布荷载作用下的饱水沥青路面简化为空间轴对称问题,建立二维的有限元模型.应用有限元软件进行求解,并对计算结果进行详细地分析,得出以下结论:在行车荷载作用后,路面表面的竖向位移没有完全恢复,产生了竖向永久变形;由于沥青面层(粘弹性体)的应变恢复的速度小于基层(弹性体)的应变恢复速度,导致了路面结构中存在残余应力;在沥青面层(粘弹性体)的应变中,弹性应变部分完全恢复,蠕变应变部分没有完全恢复,大部 分的不可恢复的蠕变应变残留在沥青面层中.     

热再生沥青混合料动态模量试验研究

为了对热再生沥青混合料的动态特性做进一步的研究,采用简单性能试验机（SPT）采用不同温度和荷载频率分别测试了热再生沥青混合料和普通热拌沥青混合料在动态模量与相位角。在分析以上实验数据的基础上进一步分析了荷载频率、试验温度对沥青混合料动态特性的影响。依据时一温等效原理,借助西格摩德（Sigmoidal）函数通过拟合最终确定了两种沥青混合料动态模量主曲线和位移因子。结果表明热再生沥青混合料其动态模量与普通沥青热拌混合料基本相当,其力学性能得到一定程度的恢复。     

基于CAM复数模量模型的沥青混合料玻璃态转变温度确定

利用频率扫描试验数据建立沥青混合料在参考温度下的CAM复数模量主曲线方程,通过非线性最小二乘法拟合得到CAM复数模量主曲线模型和WLF方程的参数,再根据CAM复数模量主曲线模型、WLF推导得到沥青混合料玻璃态转变温度计算公式,并通过温度扫描试验测定沥青混合料玻璃态转变温度对计算结果进行验证。结果表明,通过CAM复数模量主曲线模型计算沥青混合料玻璃态转变温度的方法可行,且沥青混合料的玻璃态转变温度随着荷载作用频率的增加而升高。     

基于MATLAB神经网络确定梁式桥桥墩计算长度系数

桥墩计算长度系数与其墩高、墩身截面尺寸以及边界条件等均相关,该值的确定在工程界一直未能得到妥善解决。基于MATLAB径向基神经网络原理,首先通过有限元与欧拉公式计算采集训练数据样本,进而利用MATLAB对数据进行训练创建径向基神经网络;然后通过随机选取若干组测试数据,对比分析有限元与欧拉公式、径向基网络拟合以及线性拟合3种方法下的计算长度系数。对比结果显示,基于MATLAB径向基神经网络拟合所得的墩柱计算长度系数,与有限元结合欧拉公式所得结果吻合良好,同时具备快捷方便的特点,可以在今后的工程设计中加以应用。     

高模量沥青混凝土蠕变本构方程的有限元分析

为了获得高模量沥青混凝土的粘弹性本构关系,分析了ABAQUS自带的时间硬化蠕变模型Bailey-Norton,对其蠕变规律进行积分处理,建立了新的实用模型;结合单轴压缩蠕变试验中采集到的蠕变数据,利用ISTOPT拟合软件进行回归计算,得到了高模量沥青混凝土在不同温度下的蠕变参数.     

不同荷载模式下沥青混合料的动态模量依赖模型

为准确地描述沥青混合料动态模量的温度和荷载依赖性,分别开展了不同条件下4种沥青混合料的两点弯拉和三轴围压动态模量试验。基于时温等效原理,采用Boltzmann函数模型建立了基准频率为10 Hz的沥青混合料弯拉和三轴动态模量主曲线,分析了试验方法对沥青混合料动态模量的影响,构建了不同荷载模式下的基于温度和荷载参数的沥青混合料动态模量依赖模型。结果表明:沥青混合料弯拉和三轴动态模量的主曲线整体变化趋势一致,前者对应的温度区间更为狭窄,相同条件下弯拉动态模量小于三轴动态模量,对温度的依赖性更强;在高温区域,沥青混合料动态模量具有显著的荷载依赖性,弯拉和压缩荷载分别起到软化和硬化作用;宽温度域范围内,温度与荷载耦合作用下,沥青混合料的性状将发生线性弹性体-线性黏弹性体-非线性黏弹性体的转变。考虑荷载作用温度敏感区间的沥青混合料弯拉和三轴动态模量依赖模型,拟合效果良好,可靠度高,可较为准确地表征不同受力状态时沥青混合料动态模量的温度和荷载依赖性。通过模型得到的动态模量计算值与试验实测值具有较高的一致性,为获取沥青混合料真实的模量值提供了一种有效途径,后续可用于路面结构计算来验证两种模型的可靠性和适用性。     

基于热力学的沥青混合料粘弹-粘塑性损伤本构模型

为了表征沥青混合料的力学行为,以不可逆热力学理论为基础,推导出沥青混合料粘弹-粘塑性损伤本构模型;将建立的本构模型用于分析沥青混合料三轴蠕变试验和等应变速率压缩试验.结果表明:该模型能够合理描述沥青混合料蠕变试验的三阶段,准确表征其三维变形特征,并能从机理上分析沥青混合料的变形行为;可以较准确地预估等应变速率压缩试验中的应力-应变发展规律及应力峰值和体积变形规律;所提出的粘弹-粘塑性损伤本构模型能够表征沥青混合料在多种压缩加载模式下的力学行为特征.     

基于Bodner-Partom模型的水泥乳化沥青混合料黏弹塑压实特性

为揭示水泥乳化沥青混合料压实过程中的黏弹塑性变形特性及其变形机理，结合现场路面压路机的施工工艺参数，采用万能试验机压缩试验模拟该混合料的压实过程。针对试验循环荷载力学响应曲线变形特征，引入有效平均应力构建混合料压实变形的Bodner-Partom本构模型。通过对应变-时间的非线性拟合识别出该混合料的B-P模型参数值，进而揭示压实过程中混合料的黏弹塑性动态流变特性及变形机理。试验结果表明：压缩试验可充分反映混合料压实过程中的力学响应变形特性；随着循环荷载次数的增加，混合料塑性和黏塑性变形减小而弹性和黏弹性变形增大。据混合料复压阶段的黏塑性变形规律导出试样空隙率的计算式，进而获得有效平均应力随试样空隙率的变化规律。B-P本构模型分析结果表明：黏性参数η随荷载作用次数的增加而逐渐增大，说明混合料在压实过程中黏性增强；应变率敏感系数n₁基本保持不变，表明压实过程中混合料温度相对稳定；参数值Z，D₀随荷载作用次数的增加分别呈递增、递减的规律，前者显示随着混合料被进一步压实其非弹性变形抵抗力增大，进而导致塑性和黏塑性应变逐渐减小，后者显示塑性应变率减小，表明单次循环荷载下塑性变形占总变形量的比例逐渐减小。B-P模型参数值可准确表征水泥乳化沥青混合料与时间和荷载相关的黏弹塑性流变特性，重构后的B-P本构模型可有效揭示混合料压实过程中的黏弹塑性变形机理，可为深入研究其压实流变性能和路面压实工艺奠定基础。     

一种沥青路面车辙形成的分析方法及工程应用

车辙是高速公路沥青路面营运过程中的常见病害,也是摆在工程技术人员面前一个难点。该文把沥青混合料视为粘弹性塑性本构关系,较符合沥青路面车辙形成的这种现象。在此基础上,笔者研究了描述沥青混合料本构关系的层叠流变模型基本原理,进一步编制了相应的计算软件。最后结合实际工程,进行了实例演算,得到了一些有益结论。其成果可供同行借鉴。     

基于路用性能的沥青混合料体积极设计方法

科学的沥青混合料设计方法离不开精确的基础数据，在进行了集料有效密度测量研究和粗集料间隙率试验探索系列试验研究的基础上，提出了一种简便的沥青混合料设计方法，这种方法是基于沥青混合料路用性能的体积配比设计计算方法，经室内路用性能试验验证，用本方法设计的沥青混合料具有优良的抗滑性能，防水性能，抗车辙能力。     

基于BP神经网络的路用聚合物纤维沥青混凝土性能研究

文章引入BP神经网络算法，在大量试验数据学习的基础上，对添加聚合物纤维的沥青混合料的马歇尔稳定度进行测试和分析，提出了最佳纤维用量和最佳沥青用量；并应用该网络系统对添加纤维后的沥青混合料的抗剪切强度进行预测，定量说明了添加聚合物纤维对沥青混合料的高温稳定性的影响。     

沥青混合料粘弹性能微观力学分析

利用Moil—Tanaka等效夹杂微观力学理论研究了沥青混合料的粘弹性能。将沥青混合料看作刚性粗集料颗粒夹杂于粘弹性沥青砂浆基体内的复合材料,对集料夹杂和沥青砂浆基体的本构方程分别进行Laplace变换成弹性问题,在Laplace空间域内应用Mori—Tanaka等效夹杂和宏观平均理论由沥青砂浆粘弹性能推导出了沥青混合料的粘弹性能。结果表明,粗集料颗粒夹杂对粘弹性沥青基体性能具有增强作用,沥青混合料粘弹本构方程可表示为粗集料增强系数与沥青基体粘弹本构方程的乘积形式。利用增强系数可以从性质较均匀的沥青基体粘弹性来预测性能较复杂的沥青混合料的粘弹性。其中增强系数大于1且随粗集料体积分数或沥青基体的泊松比增加而增大,粗集料体积分数对增强系数的增大作用远大于沥青砂浆基体泊松比对其的影响。     

沥青混合料动态模量及其变化规律研究

作为一种黏弹性材料,沥青混合料力学响应特征随环境的变化而变化。为了对沥青路面响应进行力学分析,需要对其变化规律进行研究。该文以AC-16沥青混合料的动态模量室内试验数据为基础,对沥青混合料动态模量随荷载频率及试验温度的变化规律进行研究,利用Sigmoidal模型及时温等效原理拟合得到AC-16沥青混合料的动态模量主曲线和位移因子,利用WLF方程得到位移因子随试验温度变化规律的数学模型,最后给出该种沥青混合料动态模量关于试验温度和荷载频率的变化规律,以更好地模拟沥青混合料在不同的温度下随汽车速度变化,其力学响应的变化规律。