基于构型力断裂准则的骨料干涉作用分析

为研究沥青混凝土内部裂纹初始构型（如裂纹初始偏转角,空间位置）的改变对裂纹扩展路径以及裂纹扩展方式的影响,以裂尖构型力为断裂准则,通过扩展有限元XFEM建立具有不同初始构型的裂纹模型,模拟裂纹经过单骨料和非对称双骨料的情况;从裂纹扩展路径和裂尖构型力变化等方面分析骨料干涉作用下裂纹初始构型对裂纹扩展的影响.结果表明：1）在单骨料干涉作用下,裂尖构型力随骨料与初始裂尖夹角的增大而逐渐增大,表明骨料对裂纹扩展的干涉作用逐渐减弱,当其超过60°后,骨料对裂纹扩展的干涉作用可忽略不计;2）在非对称双骨料干涉作用下,随着骨料圆心连线与x轴夹角的增大,双骨料对裂纹扩展干涉作用愈加明显,当其大于45°时,裂尖构型力明显偏小,即骨料对裂纹扩展表现出“止裂”效果;3）当裂纹初始偏转角发生改变时,单骨料与非对称双骨料对裂纹扩展的干涉作用具有相似性,其裂尖构型力随偏转角增大呈现先增加后减小的趋势;4）当偏转角为45°时,裂尖构型力偏大,意味着裂纹趋于非稳定状态,骨料对裂纹扩展的抑制效果较弱,致使骨料对沥青混合料抗裂性能的提高受到一定限制.     

超密实沥青混凝土Ⅰ - Ⅱ复合型裂纹扩展研究

为了研究低温地区超密实型沥青混凝土内部Ⅰ - Ⅱ复合型微裂纹扩展规律,基于Eshelby等效夹杂理论和最大周向应力断裂准则,建立了当复合型裂纹发生失稳型扩展时其内部微裂纹偏转角β与应力场之间的关系,并确定了扩展方向;建立沥青混凝土细观离散元模型,考虑沥青混凝土的黏弹性,分析了内部微裂纹β对复合裂纹扩展的影响规律. 研究结果表明:对二维平面问题,β的变化主要引起裂纹在沥青混凝土中分布状态的变化,在极大程度上造成了沥青混凝土的宏观有效弹性模量和剪切模量在时域内的减小;在常荷载作用下,β的增大造成了宏观裂纹孕育和扩展历程的缩短,还致使复合型裂纹由Ⅰ型裂纹逐渐转变为Ⅱ型裂纹;β的增大不仅使裂尖域内应力场发生一定偏转,而且导致裂尖域内应力场和衰坏区的减小.      

基于熵权的TOPSIS钢桥面防水黏结材料组合体系优选分析

为合理选择钢桥-沥青混凝土铺装结构防水黏结材料，首先，制作含不同防水黏结材料组合体系的钢板-沥青混凝土复合试件，并在低温（0℃）、常温（25℃）和高温（70℃）环境下分别测试复合试件的拉拔强度（Direct Tensile Strength，DTS）、直剪强度（Direct Shear Strength，DSS）和45°斜剪强度（Skew Shear Strength，SSS）。同时，利用UTM万能试验机测试常温（25℃）状态下复合试件的疲劳寿命。构建包括拉拔强度（DTS）、直剪强度（DSS）、45°斜剪强度（SSS）、疲劳寿命（Fatigue Life，FL）和材料成本（Materials Cost，MC）在内的钢桥面防水黏结材料评价指标体系。利用"信息熵"理论对评价指标的权重进行求解，结合逼近理想解排序（TOPSIS）方法，比较不同防水黏结材料组合体系的综合性能，建立基于熵权-TOPSIS钢桥面防水黏结材料组合体系优选模型，并获取优选结论。最后，通过图像二值化验证优选结论。结果表明：图像二值化分析结果与基于熵权-TOPSIS防水黏结材料组合体系优选模型得出的优选结论一致，验证了熵权-TOPSIS方法在钢桥面防水黏结材料优选设计中的有效性。该模型排除了人为主观因素影响，可为钢桥面防水黏结材料选择提供一种客观有效的方法。     

移动荷载下含纵横向双裂纹沥青路面复合断裂特性

为了研究移动荷载作用下沥青路面的复合开裂的变化规律,基于断裂力学及有限元数值模拟方法,考虑沥青面层材料的粘弹性,分别研究了移动荷载作用下不同双裂纹间距、不同反射裂纹深度对面层top-down（纵向）、基层反射（横向）裂纹应力强度因子的影响,探讨了其开裂扩展特性,评估了不同移动荷载状态下面层top-down裂纹的断裂疲劳寿命.结果表明:移动荷载作用下,面层top-down裂纹以Ⅱ型扩展为主,在单裂纹及双裂纹间距为0时,分别对应其扩展最严重与最轻微情形,但双裂纹间距及反射裂纹深度对其扩展影响较小;对于基层反射裂纹,当双裂纹间距为400 mm时,最易发生Ⅰ、Ⅱ型开裂扩展,随着反射裂纹深度的增加,扩展程度也逐渐增大;不同移动荷载状态下的top-down复合型裂纹断裂疲劳寿命长短顺序为:高速最长,次之静态、低速制动最短,制动情形下的疲劳寿命仅为高速情形下的20.4%.      

基于改进响应曲面法的化学反应性复合改性沥青最优配方研究

为提高沥青综合性能,采用响应曲面法与灰色关联度相结合的改进响应曲面方法研制了一种新型化学反应性复合改性沥青。在单因素试验的基础上,采用中心复合设计方法(CCD),以软化点、10℃延度、针入度指数和60℃动力黏度作为沥青综合性能考察指标进行试验分析,通过灰色关联度分析方法确定沥青综合性能总评分,进而建立沥青总评分的响应曲面二次方程,确定了化学反应性复合改性沥青各改性剂最优掺量为:SEBS-GMA5.5%,PPA0.65%, DOM1.6%,并进行了性能验证。结果表明,采用改进响应曲面法研制的化学反应性复合改性沥青具有优良的综合性能。     

重载交通沥青路面改造方案控制破损模式分析与寿命预估

为利于在沥青路面改造过程中优选出适应于重载交通的路面结构方案,以东南沿海某市重载交通沥青路面改造工程为依托,针对不同的路面结构改造方案,利用有限元软件KENPAVE中的KENLAYER模块建立基于弹性层状体系理论的沥青路面结构模型,从疲劳开裂和永久变形出发进行路面结构的破损分析和使用寿命预估。结果表明:(1)重载交通作用下,路面永久变形破损率通常大于疲劳开裂破损率,应通过结构优化重点加以控制;(2)基层对重载交通沥青路面综合性能有显著影响,增加厚度、提高强度,有助于直接提高结构整体抗疲劳开裂和抗永久变形的能力,有利于提高路面结构使用寿命;(3)轴重变化对路面结构的破损程度影响较大,轴重增大,结构预期使用寿命明显减小,但行车速度对其影响较小。经综合比较,在4种改造方案中,结构2即基层采用碾压水泥混凝土的改造方案,其预期使用寿命最长,可作为依托工程路面改造的优选方案。     

新型填充式桥梁伸缩缝改性沥青混合料路用性能试验

桥梁伸缩缝受桥梁整体结构挤压、车辆荷载及温度荷载的反复综合作用,易产生局部沉陷、拥包及界面开裂等病害,属于桥梁构造的薄弱部位。为提高桥梁伸缩缝的路用性能,本研究选用一种新型改性沥青桥梁伸缩缝专用沥青混合料,测试并分析其高温稳定性、水稳定性、低温抗裂性、疲劳性能、拉伸性能、黏结性能等路用性能,对比分析了不同试验温度条件下性能的变化规律。结果表明:该新型桥梁伸缩缝专用沥青混合料具有良好的路用性能,尤其其抗拉强度、黏结强度及线收缩系数等性能优异,能够满足桥梁伸缩缝反复伸缩的变形要求。研究成果为改性沥青桥梁伸缩缝材料的设计和施工提供了的试验支撑。     

温度与移动荷载作用下特重交通RCC基层沥青路面结构响应分析

为便于传统半刚性基层沥青路面改造方案结构优选,使改造后的路面能更好地承受特重交通与环境温度作用,针对碾压混凝土(RCC)基层以及组合式基层沥青路面两种改造方案,利用ABAQUS有限元软件进行其在大气温度作用下的路面结构温度场预估、温度应力分析,以及典型温度场与移动荷载的耦合分析。结果表明:①大气温度对路面温度场的影响主要集中在面层,尤其是中上面层,温度变化梯度对温度应力影响较大;②温度应力主要集中在基层及以上结构层,面层在温度较低时承受拉应力,基层顶面承受较大的温度压应力;③相比于组合式基层,RCC基层沥青路面在温度与移动荷载共同作用下,其沥青中下面层剪应力、沥青层层底弯拉应变以及土基顶部压应变等均具有更为明显的力学优势,且抗疲劳开裂和永久变形损伤预期寿命最长。RCC基层沥青路面可作为特重交通路面改造工程的优选结构。