重复荷载下沥青混合料永久变形的粘弹性力学模型

基于修正Burgers模型推导了适用于重复荷载下沥青混合料永久变形规律的粘弹性力学模型,并利用该模型对AC20和SMA13沥青混合料三轴重复荷载永久变形试验结果进行了回归,获得了模型的参数,并对沥青混合料进行了永久变形规律的分析。研究结果表明,沥青混合料在荷载重复作用下,会出现迁移期、稳定期和破坏期3阶段变形规律;模型参数均随温度的升高而降低,但与偏应力水平无关;较高温度和应力均是导致较大永久变形的主要因素。推导出的粘弹性力学模型可以较准确地描述重复荷载下沥青混合料的永久变形规律,可以用于重复荷载下沥青混凝土永久变形的力学计算与分析。     

三轴重复荷载作用下沥青混凝土永久变形性能研究

利用CRT NU-14气动伺服材料试验仪对AC-13、AC-16及AC-20等3种沥青混凝土材料进行三轴重复荷载蠕变试验,研究不同试验温度和不同应力水平下沥青混合料永久变形变化规律;在流变学理论基础上推导了基于修正Burgers模型的重复间歇荷载作用下沥青混合料力学模型,并通过数据非线性拟合建立了不同温度条件下的材料永久变形与荷载作用次数以及温度的预估公式。研究结果表明：三轴重复荷载试验环境中,材料永久变形呈现明显三阶段变化规律;偏应力水平及温度升高均会导致材料变形发展速率的增大;高温短时间与低温长时间的永久变形等效性证明了三轴动态重复加载试验作为评价沥青混合料高温流动变形特性的试验方法是合适的;＂永久变形-作用次数-应力＂三维曲面具有较好的精度,能直观全面反映沥青混凝土材料高温变形特性。     

SMA-13沥青混合料的永久变形研究

针对SMA-13沥青混合料在高温地区的永久变形问题,采用旋转压实成型(SGC)试件,使用COOPER公司CRT-NU14材料试验机对试件进行三轴重复荷载蠕变试验,研究温度和偏应力对SMA-13沥青混合料重复荷载下蠕变性能的影响,在蠕变试验数据基础上利用1stopt软件基于修正Burgers模型拟合出SMA-13永久变形预估模型,并采用Origin绘制不同温度下SMA-13沥青混合料的"温度-偏应力-作用次数"三维曲面。     

ECA-10型沥青混合料动态性能研究

为了确定ECA-10型沥青混合料的动态性能,采用简单性能试验仪进行动态模量试验和动态蠕变试验,运用时温等效原理和修正Burgers模型分别构建了ECA-10型沥青混合料的动态模量主曲线和黏弹性力学模型。研究结果表明:相同温度和加载频率下,ECA-10型沥青混合料动态模量普遍较高,抗变形能力较强;依据Sigmoidal函数方程,建立了参考温度为20℃时ECA-10型沥青混合料的动态模量主曲线,线簇光滑连续,具有较高的拟合度。在相同荷载作用次数下,ECA-10型沥青混合料随着温度或偏应力的增大,其动态蠕变逐渐增大。建立了重复荷载作用下ECA-10型沥青混合料黏弹性力学模型,相关性系数在0.98以上,其拟合结果与实测结果吻合较好。     

基于Aspha-min的温拌沥青混合料永久变形预估模型分析

为了揭示添加Aspha-min的温拌沥青混合料永久变形规律,通过等粘度原则以及空隙率作为阈值标准确定了添加Aspha-min的温拌沥青混合料的温拌剂添加量以及成型温度,并对AC-13温拌沥青混合料在不同温度、不同偏应力、不同作用次数下进行三轴重复荷载试验,利用修正后的Burgers模型对数据进行插值、拟合,研究得到温拌AC-13混合料永久变形预估模型以及温拌AC-13沥青混合料预估三维曲面。     

再生沥青混合料路用性能研究

针对AC-25型再生沥青混合料和新拌沥青混合料,通过劈裂强度试验、间接拉伸试验和三轴重复荷载试验对比分析了掺加30%旧料的再生沥青混合料与新拌沥青混合料的路用性能。研究结果表明:在相同温度时,再生沥青混合料的劈裂强度和劲度模量均比新拌沥青混合料要大,水平变形略低。依据间接拉伸疲劳试验,新拌AC-25型沥青混合料的疲劳性能要优于再生AC-25型沥青混合料。建立了新拌和再生AC-25型沥青混合料的应力疲劳方程和应变疲劳方程,其拟合相关系数之平方均大于0.91,相关性较好。在温度60℃、相同应力水平下,再生AC-25沥青混合料的永久应变小于新拌AC-25型沥青混合料,再生沥青混合料的抗永久变形性能优于新拌沥青混合料。建立了新拌和再生AC-25型沥青混合料在重复荷载作用下的黏弹性力学模型,相关系数达0.99。     

高掺量胶粉/SBS复合改性沥青混合料永久变形预估模型

选用HDPE和TOR两种改性剂制备胶粉掺量20%和25%的胶粉/SBS改性沥青混合料,并与SBS改性沥青混合料对比分析技术性能。通过三轴重复荷载动态蠕变试验,研究3种胶粉/SBS改性沥青混合料的永久变形规律;基于修正Burgers模型构建重复荷载作用下胶粉/SBS改性沥青混合料永久变形预估模型。研究结果表明：高掺量胶粉/SBS改性沥青混合料的制备是可行的,其路用性能满足规范要求;不同胶粉掺量的胶粉/SBS改性沥青混合料具有基本一致的永久变形规律。胶粉的掺入有利于提高沥青混合料抗永久变形性能,但胶粉掺量过大,容易增大沥青的黏度,不利于施工;胶粉/SBS改性沥青混合料永久变形预估模型,拟合效果良好,相关性系数均大于0.98。构建全温域条件下基于叠加原理的沥青路面永久变形预估模型,为胶粉/SBS改性沥青混合料永久变形预估模型的应用提供思路。     

应力施加顺序对AC-13沥青混合料永久变形的影响研究

在30、40、50℃下利用CRT-NU14气动伺服沥青材料试验机对AC-13沥青混合料进行0.4、0.7、1.0MPa 3种应力不同施加顺序组合下的三轴重复荷载试验,并对最大永久变形量对应的应力施加顺序下的试验数据进行线性拟合,研究应力施加顺序对沥青混合料永久变形性能的影响。结果表明,AC-13沥青混合料在0.4 MPa→0.7 MPa→1.0 MPa应力作用下产生的永久变形量最大;试验温度下,AC-13沥青混合料抵抗永久变形的能力随着荷载的增大而降低;荷载一定时,试验温度区间内AC-13沥青混合料抵抗永久变形的能力随着温度的升高而降低。     

半正弦荷载下沥青混合料变形特性力学模型研究

推导出了半正弦荷载作用下基于修正Burgers模型的沥青混合料变形特性力学模型,并通过Origin7.5软件进行了动三轴重复荷载试验数据的模型参数拟合,拟合模型参数的变化规律与理论分析一致,且拟合相关度高,初步表明了推导模型的准确、合理.     

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。     

重复荷载下沥青混合料变形的数值模拟

采用加载0.1 s、卸载0.9 s的半正弦波间歇荷载模拟路面实际的车辆荷载,利用线性Drucker-Prager蠕变模型对重复荷载下AC-13C基质、改性沥青混合料的变形进行黏弹塑性数值模拟,预测得到的变形与实测变形相比非常一致。沥青混合料的蠕变应变随着时间的增长而增大,初期增长率大而后期增长率小。在沥青混合料未屈服时,蠕变应变就是沥青混合料的永久应变;当沥青混合料发生屈服,产生了不随时间变化的塑性应变,此时蠕变应变加上塑性应变即为沥青混合料的永久应变。结果表明线性Drucker-Prager蠕变模型可以预测重复荷载作用下沥青混合料的变形,可用于移动荷载下沥青混凝土路面结构的力学响应分析。     

空隙率对沥青混凝土性能影响的模型研究

采用北卡罗来纳州常用的两种沥青混合料,通过轴向压力复数模量试验、间接拉伸疲劳试验和三轴重复荷载永久变形试验,将空隙率作为影响参数,确立了沥青混凝土的空隙率与动态模量、疲劳寿命以及永久变形之间的函数关系力学模型。     

沥青混合料永久变形的三轴重复荷载试验研究

采用半正矢波间歇荷载,进行了4种不同沥青混合料的三轴重复加载永久变形试验.以流动数为评价指标,研究混合料性质(级配组成、沥青用量和空隙率)、试验温度和应力水平对混合料高温性能的影响,对永久应变与荷我作用次数的关系进行非线性回归分析,提出了能够全面反映重复荷载下沥青混合料的永久变形特性的模型.结果表明:AC16流动数最高,AC13C次之,而AC20和AC13F流动数相对较小;沥青用量增加0.5%,流动数下降20%～30%;空隙率从4%增加到7%,流动数下降50%左右,应力水平越大,温度越高,流动数越小,而降低幅度也减小;在极端高温和重载下,不同沥青混合料的流动数较小,其变化幅度不大,不足以明显区分混合料的高温性能.     

沥青路面蠕变响应现场预估方法与试验

为了揭示在役沥青路面结构的黏弹特性,给基于黏弹性本构的沥青路面设计提供参考,针对现有沥青路面应变测试仍然基于弹性假设的现状,依据三维线黏弹本构理论,通过现场埋设应变和温度传感器,开展不同温度与轴载作用下的沥青路面静载蠕变试验。基于实测应变变化规律对现有表征沥青混合料黏弹性本构模型的适用性进行了判别,并分析温度、偏应力等外部影响因素对沥青层黏弹性参数的影响规律,由此建立沥青路面应变随外部因素变化的预估模型。结果表明:实测蠕变历时曲线呈现的黏弹特性很好地符合Burgers模型,拟合判定系数超过0.98;Burgers模型的4个参数(G_1,G_2,η_1及η_2)均随温度的提高而减小,随偏应力的增加而增大,与偏应力、温度分别呈良好的线性和指数函数关系,拟合相关系数均大于0.84,其中黏性参数η_1和η_2受温度和偏应力的影响显著;按应变预估模型计算得到的应变与同等工况下的实测应变历时曲线规律吻合,应变值的相对误差在10%以内,表明建立的基于三维黏弹本构关系的沥青面层应变预估方法合理、可行。     

高模量沥青混凝土的高温永久变形预估模型

根据粘弹性理论推导了沥青混凝土的高温永久变形的预估模型,根据重复荷载永久变形试验拟合得出其参数,并将高模量沥青混合料与基质沥青、SBS改性沥青混合料对比,结果表明：该模型可以较好的描述沥青混合料永久变形的变化规律,高模量沥青混凝土有着更好的抵抗永久变形的能力。     

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。     

不同应力施加顺序下沥青混凝土永久变形研究

在30℃、40℃、50℃下利用CRT-NU14气动伺服沥青材料试验仪对AC-13沥青混凝土进行0.4MPa、0.7MPa、1.0MPa等3种应力水平不同施加顺序组合下的三轴重复加载蠕变试验,研究了应力施加顺序对沥青混合料永久变形影响,分析了不同应力施加顺序条件下材料永久变形叠加预估过程。结果表明:AC-13沥青混凝土材料在由小至大的荷载作用(0.4MPa-0.7MPa-1.0MPa)过程下永久变形值最大,应力逐级增大且无间歇时间的加载过程使得材料没有表现出足够的弹性恢复特性,其最终的永久变形可视为3个应力加载阶段变形的累加;室内三轴蠕变试验宜考虑采取由小到大的应力加载顺序,以得到最为稳定的试验数据。     

基于多级加载蠕变试验的沥青混合料变形特性研究

沥青路面的永久变形是路面结构层在荷载作用下塑性变形的积累.采用旋转压实仪GC减小沥青混合料试件制作过程中的变异性,在此基础上以MTS810型液压伺服务系统分五级进行单轴压缩蠕变试验,研究重复荷载作用下沥青混合料的变形特性.从能量的角度分析了沥青混合料的永久变形内在机理,探讨了受压状态下耗散能与混合料不可恢复变形间的联系,分析了室温下荷载作用时间对沥青混合料应力与应变关系的影响.     

沥青混合料高温性能试验方法

基于局部加载的思想设计了一种新的试验方法(局部三轴试验)来正确模拟路面实际状态,并获得准确的沥青混合料永久变形计算参数。通过ABAQUS有限元计算出试件、压头和底座的合理尺寸;利用该试验方法和常规三轴试验对AC20和SMA13沥青混合料进行了重复荷载蠕变试验,基于不同试验结果回归的参数对车辙试验建模计算,并与实测车辙对比分析。结果发现,局部三轴和传统三轴试验结果的规律性一致,流动次数FN均随温度和应力的增大而减小,且沥青混合料在高温或重载下均表现出较大的变形速率。但与车辙试验实测车辙量及永久变形率相比,由传统三轴试验所得参数计算出的结果偏小,而局部三轴试验所得参数计算出的车辙量及永久变形率与实测值较为一致;且从试验设备要求、试件制备过程和试验操作等方面分析,局部三轴试验更加简单易行。     

沥青混合料破坏阶段的黏弹性行为

采用基于连续破坏力学和功势原理的模型对沥青混合料破坏阶段的黏弹性行为进行研究.该模型中利用虚应变来描述沥青混合料的时间依赖性,利用破坏参数和虚劲度模量的关系描述沥青混合料的破坏特性.通过不同条件下的复数模量试验确定了沥青混合料的线黏弹性力学参数,进行了不同条件下的恒应变率压缩试验来确定沥青混合料的破坏特性.确定了破坏参数、应力的勒贝格范数和虚劲度模量之间的关系,进而用线性分段法计算了沥青混合料的黏弹性应变.利用该模型对不同条件下的恒应变率压缩试验结果进行了分析.结果表明:预测值和实测值吻合良好.