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。     

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,...     

再生胶/SBS复合改性沥青再生混凝土抗裂性能研究

为提高再生沥青混合料的抗裂特性,提出采用抗裂性能优良的新型SBS/橡胶复合改性沥青进行RAP料的再生。基于低温弯曲小梁蠕变、约束温度应力及四点弯曲疲劳试验对复合改性沥青、SBS改性沥青的再生混合料进行低温抗裂及疲劳开裂性能研究。结果表明：橡胶的加入可提高再生沥青混凝土的低温及中温抗裂性能,这可能与混合料开裂初期形成的微裂纹扩展至聚合物网络被吸收断裂能量,抑制微裂纹进一步发展有关。进一步分析断裂温度可知,复合改性沥青再生沥青混合料较普通SBS改性沥青的再生混合料可延伸路面的服役温度范围6℃左右,有利于再生沥青混合料在西北寒冷地区的推广应用。     

沥青混合料裂纹发展过程的颗粒流模拟

为了在细观尺度下描述沥青混合料的裂纹发展行为,运用离散元程序PFC2D内置“Fish”语言,重构了沥青混合料非均质(集料、胶浆和空隙)多层次(矿料级配)结构虚拟试件,对虚拟试件微观组成成分之间的接触赋予了相应的微观接触模型,采用离散元方法实施了单边切口小梁虚拟3点弯曲试验,借助数字摄像法捕捉了室内小梁试件表面裂纹发展情况,在二维尺度下探索了沥青混合料的部分断裂机理.结果表明:虚拟试验得到的宏观断裂力学响应与室内试验结果的吻合度较好,仅采用试件单面图像信息构建模型进行力学性能预测缺乏可信度;虚拟试验模拟的二维裂纹扩展路径与室内数字摄影法结果较为相似,二者都体现出材料脆性断裂特点,二维模型往往夸大了粗集料在混合料断裂过程中的作用;基于离散元程序的裂纹扩展行为分析方法,可以作为研究沥青混凝土材料断裂行为的辅助手段.     

沥青混合料小梁蠕变试验与数值分析

蠕变性能是评价沥青混合料的重要指标之一。利用三分点小梁弯曲试验对沥青混合料的蠕变性能进行研究,探讨加载水平对蠕变曲线的影响。通过对试验蠕变曲线的拟合,获取沥青混合料的粘弹性参数,利用有限元方法对沥青混合料小梁的弯曲蠕变试验进行数值模拟,得出不同温度及不同荷载条件下沥青混合料小梁蠕变规律,并与试验结果进行比较。研究表明,同一温度下,随着应力水平的增大,永久变形会随之增大,且稳定期应变发展速率也会增大;粘弹性数值分析结果与试验结果吻合良好,可以反映沥青混合料蠕变前2个阶段的变形特征。     

沥青混合料半圆弯曲疲劳开裂的XFEM方法研究

基于断裂能释放率改进的Paris公式,应用新近发展的扩展有限元方法建立了疲劳裂缝动态扩展模型。该模型将裂缝疲劳扩展分为三个阶段,每个阶段都有相应的参数控制,可实现对疲劳裂缝起裂、稳定扩展、失稳扩展等过程的准确描述。采用该模型和XFEM技术对一种沥青混合料半圆弯曲疲劳裂缝扩展试验进行了模拟分析。结果表明,在循环荷载作用下,半圆弯曲试件中裂缝尖端能够自由地穿过有限元单元内部动态地扩展,裂缝扩展长度随循环荷载作用次数的关系与试验结果高度吻合,初步验证了该模型应用于沥青混合料疲劳裂纹扩展分析的合理性。     

不同交联度环氧沥青混合料低温弯曲性能研究

采用交联度分别为75.3%,71.4%,67.3%和58.4%的环氧沥青混合料进行-20℃,-10℃,0℃,10℃温度下小梁三点弯曲性能试验,构建了混合料弯曲强度、弯曲模量、弯曲破坏应变及弯曲应变能密度与温度、交联度的关系方程。结果表明：不同交联度的环氧沥青混合料弯曲强度与模量随着温度的提高而降低,弯曲破坏应变与弯曲应变能密度随着温度的提高而增大;不同交联度的环氧沥青混合料弯曲强度、弯曲模量、弯曲破坏应变及弯曲应变能密度与温度关系基本一致,各弯曲性能参数的温度敏感区间基本相同;温度敏感区间弯曲性能参数变化幅度较大,低于温度敏感区间,则弯曲性能参数变化幅度较小;环氧沥青混合料低温弯曲性能参数与温度、交联度之间具有较好相关性,提出的回归方程可以用于混合料低温弯曲性能预测。     

SBS改性沥青混合料低温性能试验分析与评价

通过不同温度、加载速率的小梁弯曲试验和0℃弯曲蠕变试验评价基质沥青和改性沥青混合料的低温性能。结果表明,沥青混合料低温破坏与温度和加载速率有较大的关系。较之基质沥青混合料,改性沥青混合料的弯曲应变能密度提高,脆化点温度降低,应力松弛速度增大,弯曲蠕变速率提高,这些指标对评价混合料的低温性能有重要意义。     

沥青混凝土小梁断裂路径数值模拟研究

半刚性基层沥青混凝土路面是我国最为常见的路面结构形式,但沥青混凝土路面容易在使用过程中发生断裂,而沥青材料的疲劳断裂行为是半刚性基层沥青混凝土路面开裂的主要原因。通过使用扩展有限元方法对沥青混凝土三点预置缺口梁的疲劳裂纹扩展进行了数值模拟,并将数值模拟结果与试验进行了对比,发现两者在断裂形态上非常相似,并且裂纹在最初几次载荷加载时扩展尺寸较大。     

基于抗裂性能的橡胶沥青应力吸收层混合料关键指标研究

采用三点弯曲试验,研究橡胶粉掺量和温度对橡胶沥青应力吸收层混合料抗裂性的影响,并对比分析橡胶沥青应力吸收层和SBS改性沥青应力吸收层对路面抗裂性和温度敏感性的改善效果。试验结果显示:随着橡胶粉掺量的增多,最大弯曲力、最大应变和断裂能都呈现先增大后减小的变化规律,当掺量为20%时,抗裂性最好。温度越高,最大弯曲力越小,最大应变越大,而断裂能随温度的升高呈现抛物线规律变化,当温度为0℃时断裂能最大;应力吸收层能显著改善路面的抗裂性,且橡胶沥青应力吸收层对抗裂性的改善效果优于SBS改性沥青应力吸收层;负温时随温度区间的升高,VTS(温度敏感性系数)逐渐减小,混合料温度敏感性逐渐降低,正温时随温度区间的升高,VTS逐渐增大,温度敏感性逐渐增强;橡胶沥青应力吸收层比SBS改性沥青应力吸收层更能降低温度敏感性。     

不同交联度环氧沥青混合料低温弯曲性能研究

环氧沥青作为一种交联的粘弹性材料,其低温力学性能受交联密度影响较大。该文介绍了其低温弯曲性能试验研究。采用交联度75.3%、71.4%、67.3%和58.4%的环氧沥青混合料,进行-20℃、-10℃、0℃、10℃温度下小梁三点弯曲性能试验。结果表明,不同交联度的环氧沥青混合料弯曲强度与模量随着温度的提高而降低,破坏变形与应变能密度随着温度的提高而增大。不同交联度的环氧沥青混合料弯曲强度、模量、破坏变形及应变能密度与温度关系基本一致,各弯曲性能参数的温度敏感区间也基本相同,交联度75.3%混合料的弯曲性能参数温度敏感区间为大于10℃,交联度71.4%和67.3%的温度敏感区间为0~10℃,交联度58.4%温度敏感区间为-10~0℃;温度敏感区间弯曲性能参数变化幅度较大,低于温度敏感区间,则弯曲性能参数变化幅度较小。环氧沥青混合料低温弯曲性能参数与温度、交联度之间具有较好相关性,可以建立混合料弯曲强度、模量、破坏变形及应变能密度与温度、交联度的关系,并用于混合料低温弯曲性能预测。     

不同沥青体分比环氧树脂沥青混合料的断裂性能

采用0.250、0.400、0.500、0.571四种不同沥青体分比的环氧树脂沥青及AH-70普通沥青、SBS改性沥青制成混合料试件模型,进行-25℃、-15℃、-5℃和5℃温度下的半圆形直裂缝试件三点弯曲对比试验,并通过扫描电镜进行环氧树脂沥青固化物微观结构形态分析。研究结果表明:3种沥青混合料的断裂性能与锯缝深度关系呈现相同的趋势;沥青体分比大于0.400时,环氧树脂沥青混合料断裂性能随着沥青体分比的提高而大幅度降低,但均高于AH-70普通沥青混合料;SBS改性沥青混合料的断裂性能基本与沥青体分比为0.500的环氧树脂沥青混合料相当;沥青体分比为0.571时,环氧树脂沥青混合料断裂性能与温度的关系表现和AH-70普通沥青混合料相似;扫描电镜及断裂机理分析显示,环氧树脂沥青的相逆转临界沥青体分比为0.500。     

环氧沥青混合料疲劳衰变特性试验

为获取钢桥面铺装环氧沥青混合料的疲劳衰变特性,首先基于正交异性桥面板-铺装层组成的复合结构模型,计算出标准胎压、超载50％以及超载100％胎压作用下铺装层的最大拉应变,作为疲劳试验应变水平的选取标准;然后,采用小梁四点弯曲疲劳试验对3组不同温度和不同应变条件下的环氧沥青混合料疲劳性能进行测试;最后,利用威布尔公式对不同温度与应变条件下的环氧沥青混合料疲劳寿命与疲劳裂纹扩展时的作用次数进行预测.结果表明:环氧沥青混合料初始模量大小仅与温度相关,与应变水平无关;在10℃和20℃时,1.38 MPa以下胎压以及30℃时0.7 MPa胎压作用500万次均不发生疲劳破坏;30℃时,1.1 MPa和1.38 MPa胎压分别作用66 833次和35 480次出现疲劳损坏现象;相同应变作用下,试验温度越低,小梁疲劳破坏越快;环氧沥青混合料疲劳曲线可明显分为试验设备稳定、疲劳裂缝启裂、疲劳裂缝扩展3个阶段.研究结果可为环氧沥青混合料铺装疲劳寿命预估以及预防性养护提供理论依据.     

基于SCB的片麻岩-复合改性沥青混合料断裂性能研究

为研究片麻岩-复合改性沥青混合料的断裂特性,文章采用马歇尔试验进行了片麻岩-复合改性沥青混合料配合比设计,并制备半圆弯曲试验试件,利用不同温度条件下半圆弯曲试验的破坏荷载和位移,计算评价沥青混合料抗裂性能的指标。结果表明：与-15℃时的最大弯曲力相比,-10℃和0℃分别降低了23.5%、24.2%;断裂能随温度的升高而减小,-10℃和0℃时的断裂能比-15℃分别下降了17.02%、51.86%;开裂阻力指数随温度的变化规律,与最大弯曲力和断裂能随温度的变化规律具有一致性。     

水泥灌浆半柔性橡胶沥青混合料疲劳性能试验研究

采用矩形梁4点弯曲疲劳试验对水泥灌浆半柔性橡胶沥青混合料的疲劳性能进行研究,对-15℃、-10℃、-5℃、0℃、15℃五种不同温度下的水泥灌浆半柔性橡胶沥青混合料进行控制应力疲劳试验,得到其在以上温度条件下的荷载疲劳方程。     

橡胶沥青混合料的动态弯拉模量研究

为了研究沥青混合料的模量特性,应用UTM材料试验机分别采用四点弯曲和梯形梁两种试验方法测试采用70#基质沥青和橡胶沥青两种不同沥青的混合料动态弯拉模量和相位角,根据时温等效原理计算主曲线移位因子并绘制动态模量主曲线和相位角主曲线,分析橡胶沥青混合料的动态黏弹特性;对比分析两种动态弯拉模量试验方法对沥青混合料动态弯拉模量和相位角的影响。结果表明:沥青混合料动态弯拉模量受温度和荷载频率影响较大,随着温度升高而显著减小,同时随着频率增大而增大;高温时,橡胶沥青混合料的动态模量显著大于70#基质沥青混合料,拥有更好的高温性能;橡胶沥青混合料受频率(温度)影响较小,温度敏感性更好;两种试验方法得到的主曲线在低温阶段趋势一致,在高温阶段有所差别,梯形梁试验最低频率为10 Hz,而四点弯曲试验的最低频率为0. 1 Hz,拟合得到的主曲线高温阶段形状更加完整,能更有效地反映混合料高温时的动态力学性能。     

基于楔入劈拉法的环氧沥青混凝土断裂参数数值分析

利用大型通用有限元软件ADINA模拟楔入劈拉试验,分析了裂缝扩展时环氧沥青混凝土的受力特性,计算了不同缝高比和不同温度时环氧沥青混凝土的断裂韧度KIC。研究表明：随着缝高比的增大,断裂韧度KIC减小,当缝高比在0．45—0．65时,断裂韧度KIC趋于稳定;温度对环氧沥青混凝土的抗裂性能有重要影响,断裂韧度KIC随温度升高呈减小趋势。将数值模拟得到的KIC与三点弯曲试验结果进行对比,两者得到的结论一致,证明了数值模拟提供的断裂韧度KIC是有效的。基于楔入劈拉试验的数值模拟方法为钢桥面铺装材料的断裂参数研究提供了一种有效途径。     

沥青混合料直接拉伸试验与断裂细观模拟研究

设计并开展了不同加载速率和不同温度下的沥青砂单轴拉伸试验,针对沥青砂软化行为提出了损伤本构模型,模型参数通过试验确定,利用随机骨料投放技术建立了沥青混合料直接拉伸试件的异质细观结构有限元模型,并利用模型模拟了直接拉伸载荷作用下试件的损伤断裂行为,最后考察了裂纹形成的形态以及骨料分布对混合料直接拉伸损伤破坏行为的影响。研究表明:模型能描述沥青混合料单轴拉伸损伤破坏过程与内部损伤分布;粗骨料分布基本不影响沥青混合料的断裂路径,但影响裂纹尖端附近区域的损伤分布。     

挂车承载梁断裂强度试验研究及数值模拟

为了解裂纹对重载挂车承载梁的影响,通过三点弯曲试验得到承载梁所用材料的断裂韧度,再利用ANSYS断裂力学分析功能对承载梁进行裂纹数值模拟分析,通过对不同裂纹长度、不同形式单元类型建模,采用有限元直接法和J积分法求得裂纹的应力强度因子,并与试验所得断裂韧度进行比较。结果表明,裂纹长度达到23mm时,应力强度因子接近于材料的断裂韧度。     

混凝土开裂过程扩展有限元数值模拟

介绍用扩展有限元法结合虚拟裂缝模型对混凝土结构进行开裂过程数值模拟的实现方法。对单向拉伸混凝土板和三点弯曲混凝土梁进行开裂过程模拟,重点考察初始裂纹长度、混凝土断裂能对混凝土板和梁开裂特性的影响。计算结果显示,以上参数对混凝土板和梁的开裂特性都有明显影响。