沥青混合料预缺口试件直接拉伸疲劳损伤分析

为了研究沥青混合料疲劳损伤断裂特性,应用断裂力学积分守恒定律,提出一种关于沥青混合料对称边缺口试件拉伸疲劳损伤的封闭解法,并根据有限元计算与有关试验结果的对比,确定了合适的试件缺口处应力集中系数和沥青混合料疲劳损伤特性参数,同时证明了在拉伸疲劳试验情况下所提出的沥青混合料非线性疲劳损伤模型的有效性.根据非线性有限元计算,分析了沥青混合料含缺口试件拉伸疲劳损伤开裂、裂纹扩展过程,讨论了不同阶段试件内部损伤度、拉应力的分布规律,以及它们和试件位移、疲劳寿命随预制裂纹起裂、扩展的变化规律.研究结果表明:基于疲劳损伤有限元和Paris公式的沥青混合料含缺口拉伸试件的疲劳损伤分析结果与直接拉伸疲劳试验结果基本一致,但基于Paris公式的计算结果无法反映试件在起裂和扩展初期阶段裂纹扩展速率的变化情况.     

基于DIC方法的硫磺改性沥青混合料疲劳断裂试验研究

采用应力控制模式,对不同硫磺掺量(0%、30%、35%、40%)的马歇尔试件进行间接拉伸疲劳试验,使用CCD相机跟踪采集试验过程中的试件疲劳破坏的全过程,利用数字图像相关技术(DIC)和matlab处理试件变形前后中心区域和局部胶浆区域的位移场和应变场,从而研究硫改性沥青混合料的疲劳断裂性能。结果表明:硫磺掺入对沥青混合料的疲劳断裂性能有一定的提高,其中硫磺掺量为35%对沥青混合料的疲劳断裂性能有显著作用,疲劳性能提高3.61倍,硫磺掺量为40%时,疲劳性能提高约2倍,疲劳性能相对35%掺量下降约40%;沥青混合料的疲劳断裂性能取决于沥青胶浆和胶浆与粗集料的界面特性。     

基于图像处理技术的沥青混凝土水破坏过程研究

对沥青路面心样开展饱水疲劳实验,通过CT扫描技术,采用数字图像处理技术,分析沥青路面水破坏过程中试件内部结构的变化趋势.结果表明:在饱水疲劳试验中,随着加载次数的增加,心样的孔隙和集料面积逐渐增加,而沥青胶浆面积逐渐减少,形象地反映了试件水破坏的机理,即沥青混凝土的粘附性损坏过程.     

基于拉压模量同步测试的岩沥青改性沥青混合料疲劳损伤特性

为了揭示岩沥青作为改性剂对沥青混合料疲劳性能的影响,利用MTS材料试验系统对岩沥青改性沥青混合料进行了四点弯曲疲劳试验,并对比了其与SBS改性沥青混合料的疲劳性能,分析了岩沥青对基质沥青混合疲劳性能的改善效果;定义模量衰减为损伤变量,基于四点弯曲拉、压弯模量同步测试法同时得到沥青混合料拉、压和弯曲回弹模量,建立了沥青混合料不同模量衰变方程。研究结果表明:岩沥青加入基质沥青混合料能显著改善其疲劳性能,与SBS改性沥青混合料疲劳性能相当;从拉、压、弯模量衰减斜率绝对值大小来看,拉伸模量斜率最大,其次是弯拉模量,压缩模量斜率最小;临界破坏时拉伸模量的衰减比大于压缩模量的衰减比,即试件发生开裂破坏并非是压缩模量的衰减所导致,而是由拉伸模量衰减过快引起的,导致中性面以下受拉区域损伤累积加剧,最先发生开裂,为试件的破坏源;在弯拉疲劳应力状态下,沥青混合料的拉、压模量衰变规律具有较大的差异性,拉伸模量衰变速率大于压缩模量衰变速率,因此在受拉区将产生较大的损伤,说明了模量衰变曲线稳定阶段拉伸模量衰减速率的过快及衰减末期压缩模量破坏点的滞后性,同时也间接反映出拉伸模量衰变速率的快慢是决定沥青混合料疲劳性能是否优越的关键因素。     

基于控制应变周期荷载试验预估沥青混凝土疲劳寿命

疲劳裂缝是路面破坏的一种,为路面受到长期、反复的荷载后,由内部产生的微小破坏开始,渐渐加深、延长,从沥青面层底部由下而上累积成为类似鳄鱼皮般的表面龟裂,进而影响路面的性能。研究的主要目的是探讨沥青混凝土的裂缝生成与疲劳寿命,采用级配类型为AC—20的某高速公路的现场钻芯试件,进行室内控制应变疲劳试验,应用劲度变化曲线的裂缝生成机制,与应力-应变回圈面积的消散能理论,推估沥青混凝土疲劳寿命与临界应变。结果表明,应用劲度变化曲线与消散能理论,所得的疲劳寿命都有一致性,故可判断其都可作为疲劳寿命的定义。其中以劲度变化曲线较为便捷,可以作为推估裂缝生成与疲劳寿命的参考方法。可作为沥青混凝土路面疲劳研究与设计的参考。     

SMA沥青混凝土断裂与疲劳性能试验研究

主要分析SMA沥青混凝土的断裂与疲劳性能.采用小梁三点弯曲试验分析不同温度(-10～60℃)对SMA沥青混凝土弯曲强度、最大弯曲应变、弯曲劲度模量和断裂应变能密度的影响,同时采用小梁四点弯曲试验研究其疲劳性能.试验结果表明SMA沥青混凝土各项力学性能呈明显的温度依赖性,其疲劳寿命可采用典型的沥青混合料疲劳模型进行预估,...     

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。     

加筋沥青混凝土梁式试件的APA弯曲疲劳试验研究

往返轮载试验模拟车轮运动状态对试件进行疲劳加载,可以很好地反映路面受力实际状态。本文应用沥青路面分析仪(APA)对沥青混凝土梁式试件进行多种荷载下的往返轮载疲劳试验,研究沥青混凝土的疲劳性能,并回归出有关的疲劳方程。同时对比研究土工布、玻璃纤维格栅对沥青混凝土疲劳性能的加筋效果。试验结果表明,这些加筋措施能将沥青混凝土梁式试件疲劳寿命延长一倍左右。     

结构自诊断沥青混凝土路用性能评价研究

通过马歇尔稳定度、冻融劈裂、车辙以及四点弯曲疲劳试验,对比分析评价了结构自诊断沥青混凝土水稳定性、高温稳定性和疲劳特性等路用性能.结果表明:石墨的掺入会在一定程度上降低结构自诊断沥青混凝土水稳定性能,但是由于同时降低了沥青胶浆的温度敏感性,因而对其高温稳定性具有改善作用;与普通沥青混凝土相比,结构自诊断沥青混凝土的疲劳寿命更短;并且疲劳破坏速率呈现出温度依赖性,在同一应变水平下,温度下降时,传导型沥青混凝土的破坏速率加快,疲劳寿命缩短.     

普通钢筋锈蚀后预应力混凝土桥梁疲劳试验研究

借助传统应变片和891拾振器的疲劳试验实时测试系统,通过9片1/6缩尺模型梁疲劳试验,研究了普通钢筋锈蚀后预应力混凝土桥梁疲劳破坏形态以及振幅、刚度、非预应力筋和预应力筋应变、混凝土应变随重复荷载次数的变化规律.研究表明:梁底普通钢筋锈蚀后(预应力筋不锈蚀),只要钢筋没有发生锈蚀断裂破坏,混合配筋合适的预应力混凝土梁的静载承载力与普通没有锈蚀梁的承载力相差不大.锈蚀率超过一定界限后(20％),钢筋在坑蚀处断裂,梁的静载承载力会急剧降低,表现为少筋梁的脆性破坏特征.疲劳反复荷载作用下构件的中性轴位置基本保持不变,不像非锈蚀试件那样呈现出明显的3阶段变化过程;锈蚀率超过7％以后,容许疲劳疲劳寿命会急剧减少,达40％左右.     

预测沥青混合料疲劳裂缝路径的新方法

采用四点弯曲疲劳试验,获取沥青混合料试件加载前与加载过程中的图像,结合数字图像相关方法计算出变形后试件底面与侧面的位移场和应变场,从而预测其疲劳裂缝的发展路径.此外,考虑到计算窗口大小对计算精度有较大影响,计算分析了不同位移大小时计算窗口对精度的影响,确定了适合沥青混合料的最优计算窗口大小,可为以后的计算提供参考.     

孔隙率对沥青混合料水稳定性影响研究

沥青混凝土路面水敏感性一直为路面工程界所重视的重要问题。影响沥青混凝土水敏感性的因子有很多，包括材料性质、沥青混合料性质、施工质量及交通与环境条件。水的扩散及沥青混合料空隙率为重要影响因素。许多实验室以不同试验方法评估沥青混凝土水侵害的行为，较常用试验方法包括煮沸试验、马歇尔抗拉强度试验、浸没试验、修正 Lottman试验等。以上这些试验方法简单操作，而其有效性仍无法提供沥青混凝土水侵害破坏的机制。研究目的是在实验室分别制作8％及11％空隙率的密级配沥青混凝土试件，并施予70％～80％饱和度，进行动态模量试验及获得动态模量主曲线，再以相同试件进行力学试验获得疲劳破坏圈数，借以了解沥青混凝土孔隙率对动态模量及疲劳破坏的影响，并探讨在不同空隙率下沥青混凝土的水敏感性。试验结果表明，空隙率与水饱和越小，模量衰减程度较大，表示应力松弛较快，抗裂性较佳，水敏感性较佳；反之模量衰减程度较小表示应力松弛较慢，较容易产生开裂，水敏感性较差。     

水泥混凝土路面沥青加铺层足尺疲劳破坏试验

车辆荷载及温度变化是引起水泥混凝土路面沥青加铺层反射裂缝的主要原因。在室内理想条件下应用大型反射裂缝疲劳试验台架进行不同加铺层结构疲劳破坏的对比试验:采用水平位移的变化模拟水泥混凝土板因温度变化而产生的伸缩变形;采用竖向位移的变化模拟水泥混凝土板在汽车荷载作用下接缝两端引起的剪切变形。通过室内试验模拟,检验不同加铺层结构的防裂效果。     

钢-混凝土组合梁疲劳性能试验研究

为研究以栓钉剪切破坏为表征的钢-混凝土组合梁的疲劳破坏机理及疲劳损伤过程,制作3根钢-混凝土组合梁试件进行疲劳试验,研究组合梁在疲劳荷载作用下的破坏过程、挠度以及混凝土和栓钉应变的变化规律。结果表明:钢-混凝土组合梁的疲劳寿命对疲劳荷载相当敏感,疲劳荷载幅及荷载峰值都会显著影响组合梁的疲劳寿命;以栓钉剪切破坏为表征的钢-混凝土组合梁的疲劳损伤可以分为3个阶段,第1阶段,部分剪力较大的栓钉发生疲劳损伤,但栓钉群的整体抗剪性能无显著变化,组合梁的挠度无显著变化,第2阶段,随着疲劳荷载持续作用,部分栓钉发生严重疲劳损伤甚至断裂,栓钉群的抗剪性能劣化,组合梁的挠度明显增加,第3阶段,大部分栓钉被剪断,钢梁与混凝土板退出协同工作模式。     

纤维混凝土断裂性能试验研究与数值模拟

为研究纤维对水泥混凝土断裂性能的影响,选用几种不同类型、不同规格的纤维,在各种纤维的常规掺量下,对带切口的单掺或混掺纤维混凝土试件进行了三点弯曲试验,并与素混凝土试件进行了对比。试验得到素混凝土、单掺PVA纤维混凝土、单掺普通钢纤维混凝土、单掺超细钢纤维混凝土及三元混杂纤维混凝土共5组试件的荷载-张口位移曲线,理论计算得到各组试件的断裂能、断裂韧度及临界张口位移等断裂特征参数。利用Abaqus软件基于扩展有限单元法模拟了各组试件三点弯曲加载时的开裂行为,追踪了裂纹的扩展情况。试验及数值模拟结果表明:在常规纤维掺量下,不同类型的纤维混凝土表现出的断裂韧性差异显著;相对于素混凝土和PVA纤维混凝土,钢纤维和三元混杂纤维混凝土的荷载-变形曲线更加饱满,部分试件的曲线在达到峰值荷载进入下降段后甚至会再次上升并出现二次峰值现象,表现出良好的断裂韧性;扩展有限元法也能较好地模拟纤维混凝土的开裂行为,且由数值模拟得到的各组混凝土试件的加载曲线、破坏形态及断裂参数与试验情况都能吻合较好;扩展有限元法可以时刻追踪裂纹扩展情况,从而确定裂纹长度随加载时间和加载点位移的变化关系,合理地预测裂纹潜在的扩展途径。     

温度-盐分-冻融耦合作用下沥青混凝土疲劳寿命研究

为提高寒冷地区沥青路面的疲劳性能,对AC-16型沥青混凝土进行未冻融和冻融条件下的劈裂疲劳试验,得到了其应力疲劳方程.研究了温度、盐分和冻融循环次数耦合作用下,沥青混凝土疲劳寿命的变化规律.研究结果表明:沥青混凝土的疲劳寿命与其劈裂抗拉强度具有明显的相关性,即劈裂抗拉强度越高,疲劳寿命越大.温度、冻融循环和氯盐的侵蚀是影响沥青混凝土疲劳性能的重要因素.在相同的冻融循环温度下,随着冻融循环次数的增加,沥青混凝土疲劳寿命降低;在相同的冻融次数下,随着冻融温度的降低,沥青混凝土疲劳寿命降低.经饱和氯盐溶液冻融的沥青混凝土疲劳寿命明显低于经清水冻融的沥青混凝土疲劳寿命,说明盐分能够加剧沥青混凝土的疲劳破坏.     

沥青混合料的疲劳效应研究

对沥青混凝土梁式试件进行不同温度、不同应力水平条件下的拉伸疲劳试验,结果表明累计耗散能与疲劳寿命在双对数坐标中表现出较好的线性关系,温度和应力水平等试验条件对该关系的影响较小可以忽略。因此,指出可以采用累计耗散能理论来分析沥青混凝土的疲劳性能。运用该理论,通过对大量不同试验条件下的疲劳试验结果的分析,建立了沥青混凝土的疲劳方程。     

超载情况下HPFL加固钢筋混凝土梁疲劳性能试验研究

通过2根对比梁和9根加固梁的静力对比和疲劳试验,研究了超载情况下高性能水泥复合砂浆钢筋网薄层（High Performance Ferroeement Laminate,简称HPFL）加固钢筋混凝土梁的疲劳性能。对超载情况下试件的破坏形式、疲劳寿命、挠度和材料应变进行了分析：结果表明,超载情况下试件的破坏模式均始于梁底纵筋的疲劳断裂,疲劳寿命只有32．7万～66．8万次,而未超载情况下加固试件的疲劳寿命均大于200万次。加固梁的疲劳寿命均明显高于对比梁,疲劳寿命随加固钢筋网用量的增加而增大。在经过相同次数的循环之后,加固试件的挠度和混凝土及钢筋的应变都低于未加固梁。由于加固梁端部植入了剪切销钉,未发生梁端部加固层与混凝土之间的界面剥离。     

内嵌于沥青混合料的自修复胶囊性能评价

针对沥青混合料开裂问题,结合胶囊自修复技术,设计并改进了内嵌于沥青混合料的胶囊的制作流程,并对该胶囊自身性能进行了测试。实验发现胶囊与AC-13级配的沥青混合料适应性较强,能够满足在施工过程中存活并在试件破坏时断裂的要求。同时嵌入胶囊使沥青混合料劈裂强度有小幅下降,对沥青试件的疲劳性能产生一定程度的提升。     

波形耐候钢腹板与混凝土顶板结合部横向抗弯疲劳性能研究

为了解波形耐候钢腹板组合箱梁桥中波形钢腹板-混凝土顶板结合部在横向弯矩下的疲劳性能，以飞龙大桥为背景，制作1个波形耐候钢腹板-混凝土顶板结合部试件，开展横向受弯疲劳试验。分析结合部试件的疲劳寿命、破坏形态、抗弯刚度变化情况等，并基于线性疲劳累积损伤理论，采用Eurocode 3和AASHTO规范公式评估结合部试件中相关细节的疲劳寿命。结果表明：波形耐候钢腹板-混凝土顶板结合部试件在最终疲劳破坏前经历了209.14万次的疲劳加载，可以满足结合部横向抗弯疲劳设计的要求；主要的疲劳损伤为连接波形钢腹板与钢翼缘的焊缝出现疲劳裂纹以及混凝土顶板的开裂；疲劳损伤的累积导致试件的抗弯刚度降至初始抗弯刚度的34.4%;采用Eurocode 3和AASHTO规范公式对结合部中细节进行疲劳寿命评估时，Eurocode 3规范公式计算所得的细节疲劳寿命更偏于保守。