多级等幅荷载下沥青路面疲劳破坏研究

采用四点弯曲疲劳试验对沥青混合料的疲劳寿命进行了分析,并基于传统MINE疲劳损伤累积模型在多级等幅荷载沥下沥青混合料的疲劳损伤预测的弊端,结合非线性损伤模式提出了新型的沥青混合料疲劳预测模型。通过研究表明:多级荷载作用下,沥青混合料的耗散能、混合料的劲度模量及滞后角参数均表现出非线性变化趋势;由高应变水平向低应变水平转变时,沥青混合料劲度模量越易恢复;当多级荷载应变水平采用高—低,或由低—高—低的加载方式时,能有效提高沥青混合料的疲劳寿命,降低损伤进程。同时,根据多级荷载下沥青混合料的损伤变化呈一种非线性关系,建立的损伤累积模型能满足对沥青路面的疲劳损伤预测要求。     

德国沥青路面温度场的预估模型及应用

介绍了目前在德国沥青路面设计中所采用的温度场预估模型及其最新发展,分析了沥青路面温度场预估模型的影响因素.并且通过沥青层温度场的预估模型、温度与沥青混合料劲度模量的关系、沥青层弯拉疲劳方程和Miner疲劳损伤累积定理,阐述了温度场在沥青路面设计中的应用.     

环境温度变化对沥青路面轴载换算的影响

在不同的环境温度下,沥青路面车辆轴载换算指数是不同的,而非现行沥青路面设计规范中采用的定值4.35.在总结国内外研究成果的基础上,从沥青混合料的粘弹性力学性质入手,利用沥青劲度模量确定沥青混合料劲度模量,选用材料动模量,利用Bisar软件计算出半刚性基层沥青路面在不同温度下的荷载反应,分析拟合出半刚性基层沥青路面关于温度的轴载换算公式.考虑温度对轴载换算的影响,使轴载换算更加准确.     

典型地区沥青混合料疲劳寿命动态模量代表值研究

沥青混合料在不同的试验温度和荷载频率作用下,其力学响应特征不同,不同的温度和行车荷载作用下服役的沥青路面产生的主要路面病害也不同。在沥青路面常见的病害中,疲劳破坏属于结构性破坏,可以利用行车荷载作用下的沥青面层混凝土力学响应特征参数来描述。文章通过调研内蒙古地区基本路况得到分析路面结构参数,并选取典型区域历年温度参数,利用调研所得数据,进行疲劳寿命等效温度预估分析,进一步得到疲劳寿命模量代表值。研究结果显示:典型路面结构下面层(AC-25C)的代表温度为3.1℃,疲劳寿命动态模量代表值为23291MPa。     

浇筑式沥青混合料疲劳性能影响因素分析

浇筑式(GA)沥青混合料的抗疲劳特性对桥面铺装结构的使用寿命有重要影响。文中通过四点弯曲疲劳试验,分析沥青类型、油石比、应变水平及拌和温度等因素对GA沥青混合料劲度模量、加载次数、滞后角的影响。结果显示,随沥青结合料用量的增加,GA沥青混合料的劲度模量呈下降趋势,破坏时的疲劳加载次数和滞后角呈增加趋势;随应变水平的增加,劲度模量和疲劳加载次数呈下降趋势;随拌和温度的升高,GA沥青混合料的劲度模量呈增加趋势、滞后角呈下降趋势,180～240℃时温度变化对滞后角的影响显著,240～260℃时滞后角变化较平缓;合理调整最佳沥青用量或控制拌和温度,能降低或避免GA沥青混合料老化问题,提高桥面铺装结构的整体刚度,延长其使用寿命。     

沥青混合料疲劳-蠕变交互作用损伤模型

为了研究沥青混合料在重复荷载作用下的疲劳特性并描述疲劳-蠕变损伤效应共同作用的过程,考虑沥青混合料具有的动态性质,从粘弹性损伤力学基本理论出发,基于应变等效假设,采用复数模量定义了损伤变量。通过分析沥青混合料在周期荷载作用下的损伤变化规律,运用疲劳-蠕变耦合损伤理论,建立了疲劳-蠕变损伤效应共同作用时的损伤演化方程,提出了体现温度及应力影响的损伤模型和疲劳寿命预测模型,并对损伤模型进行了分析。研究结果表明:构建的损伤模型满足热力学准则和物理条件;沥青混合料疲劳失效是由疲劳-蠕变损伤效应共同影响所致;利用提出的疲劳模型可以更好地预测不同温度和应力条件下的沥青混合料疲劳寿命。     

基于足尺加速加载试验的现役沥青路面疲劳特性研究

为了对现役沥青路面的疲劳性能进行评价,在上海的某在役高速公路上选取了3个加载区进行了足尺加速加载试验。加速加载试验过程中,对开裂现象进行了观测并采用地震波地质分析仪对沥青层的地震波模量进行了检测。检测结果表明,随着加速加载作用次数的增加,路面沥青层的地震波模量不断降低,沥青层的地震波模量与加速加载作用次数具有较好的指数函数关系。加速加载试验结束后,在各加载区和非加载区进行了取芯,并通过劈裂强度试验和劈裂疲劳试验对现场沥青混合料的劈裂强度和疲劳抗力进行了评价。劈裂疲劳试验结果表明,随着沥青混合料所经受加速加载作用次数的增加,沥青混合料的初始劲度模量和疲劳寿命总体上不断下降,且加速加载作用对上面层混合料疲劳抗力的影响相比中、下面层混合料更为显著。基于Miner法则对现役沥青混合料的剩余疲劳寿命进行了预估。     

交联聚乙烯改性沥青混合料弯拉疲劳性能研究

通过四点弯曲弯拉疲劳试验,对不同交联聚乙烯掺量的改性沥青混合料在温度、应力比、加载频率等因素影响下的疲劳性能进行研究。结果表明,适量的交联聚乙烯改性剂可改善沥青混合料的疲劳性能,其最佳掺量为5%;交联聚乙烯改性沥青混合料的弯拉强度、疲劳寿命和劲度模量随着温度的升高而降低;随着应力比的增大,疲劳寿命逐渐降低,劲度模量逐渐增大;荷载频率对交联聚乙烯改性沥青路面疲劳性能的影响较大,低频率比高频率更容易产生疲劳破坏。     

硬质沥青混合料动态间接拉伸试验研究

基于动态测定方法确定的沥青混合料的参数能真实反映沥青混合料对运动车辆荷载的响应,并能正确表现沥青混合料本身的粘弹性性质等优点,利用英国Cooper NU-14多功能沥青材料试验机测定了30^#硬质沥青混合料的动态间接拉伸劲度模量,对试验结果进行了二元方差分析及非线性拟合,分析了级配、油石比、结合料类型和试验温度对动态间接拉伸试验的影响。结果表明：30^#硬质沥青混合料具有很高的动态间接拉伸劲度模量,用于沥青路面的下面层可减小其底面的拉应变;级配、油石比、试验温度和沥青针入度均对沥青混合料的动态间接拉伸劲度模量有显著的影响。     

基于单轴静载蠕变试验的AC-13高温性能影响研究

采用单轴静载蠕变试验对AC-13沥青混合料的高温性能影响因素进行研究,分析不同级配、温度及荷载对AC-13高温性能的影响。结果表明,沥青混合料在加载过程中会经历瞬时变形、弹性恢复和黏性流动3个阶段;采用级配1成型的混合料在同一条件下的劲度模量高于采用级配2和级配3成型的混合料;荷载一定时,AC-13沥青混合料的劲度模量随温度升高而降低,残余应变比则相反;温度一定时,AC-13沥青混合料的劲度模量和残余应变比均呈上升趋势,但不同级配混合料的增长速度不一致;级配是显著影响沥青混合料高温稳定性的因素之一。     

沥青路面Top-Down裂缝产生的原因分析

为深入了解Top-Down裂缝病害成因机理,以某高速公路发生的裂缝病害为例,通过路面结构力学分析认为交通荷载作用不是造成沥青路面自上而下开裂的主要原因,通过路面温度场实测、沥青老化试验、不同老化程度沥青混合料的低温弯曲应变和弯曲劲度模量分析,认为温度疲劳作用是造成沥青路面自上而下开裂的主要原因,沥青路面表面的拉应力则加剧了这种开裂。     

沥青混合料疲劳响应模型试验研究

首先总结分析了沥青混合料不同疲劳试验方法的特点、两种疲劳试验控制模式的适用范围,建议采用应力控制模式的间接拉伸疲劳试验方法。然后分析了不同试验因素的影响,选定了加载波型,确定了疲劳试验的应力比水平、频率及温度等试验参数的范围。采用旋转压实成型方法,对3种沥青混合料进行试件成型。分别考虑3种空隙率水平,应用均匀试验设计方法,进行了不同温度、频率、应力比水平下的间接拉伸疲劳试验,对试验结果进行了显著性分析,并应用多元线性回归方法,得到了适用于不同荷载条件下基于温度、频率、沥青饱和度、初始应变及初始劲度模量的沥青混合料疲劳模型。与国外疲劳模型进行了对比分析,表明得到的疲劳模型具有较好的比对性,可用于沥青混合料疲劳寿命的预估。     

乳化沥青冷再生混合料疲劳性能研究

采用目前工程上常用的两档沥青路面铣刨旧料对RAP掺量为80％和100％的乳化沥青冷再生混合料进行材料组成设计.通过击实试验和劈裂试验分别确定其最佳流体含量和最佳乳化量用量.在配合比设计基础上采用控制应变加载模式对乳化沥青冷再生混合料疲劳性能进行试验研究,确定了加载较为合理的应变水平,即300,250,200με和150με.试验结果表明,在应变水平较高时,两种RAP掺量下乳化沥青冷再生混合料能承受有限的荷载作用次数,当应变水平降低到150 μe时,两种RAP掺量混合料在150万次荷载作用下仍未破坏,采用劲度模量与荷载作用次数预估的方法确定了疲劳寿命.通过对4种应变水平-荷载作用次数进行疲劳曲线拟合,提出两种RAP掺量下乳化沥青冷再生混合料的应变控制指标.     

水-温-荷载耦合作用下沥青路面疲劳寿命预估

为精准预测沥青路面的疲劳使用寿命,基于累积疲劳损伤理论,提出路面结构内水、温度以及轴载分布耦合作用下沥青混合料疲劳寿命预测方法。通过间接拉伸疲劳试验确定路面结构下面层沥青混合料在冻融和未冻融两种条件下应变疲劳方程。依托十堰—天水高速试验段,计算设计年限内9种不同温度和10种不同轴载(共计90种)条件下设计轴载的作用次数,同时结合路面结构层底拉应变计算程序进行计算,进而得到更加精确的拉应变。基于疲劳累积损伤理论,计算沥青路面经过冻融和未冻融条件下的疲劳累积损伤,进而得到沥青路面在无水和有水影响下的疲劳寿命。研究结果表明:十天高速公路沥青路面在受水影响和不受水影响下疲劳寿命分别为8.56年和12.12年,相较于设计寿命分别降低了19.2%和42.9%,为沥青路面在结构设计中考虑水、温度以及车辆荷载影响因素提供了可靠依据。     

沥青混合料冻融损伤模型及寿命预估研究

为研究沥青路面抵抗冻融损害的能力,结合损伤理论,进行了沥青混合料冻融损伤模型及残余寿命预估的研究.建立了适用于冻融条件下沥青混合料损伤的普适模型,并提出了相应算法;然后根据快速冻融作用下混合料的各性能试验结果对该模型进行了验证;最后提出了模型应用于混合料冻融损伤后寿命预估的方法.结果表明:随冻融循环次数增加,沥青混合料性能衰减,损失度增大;模型能较好的拟合沥青混合料冻融循环后各项性能指标的变化;宜将抗压回弹模量作为评价混合料抗冻融损坏能力的和寿命预估的主要指标.     

横观各向同性沥青路面结构动力响应分析

考虑到沥青混合料、级配碎石和土基等材料具有明显的横观各向同性特性,采用有限元分析方法研究了FWD荷载作用下横观各向同性沥青路面结构的动力响应。分别考虑了不同水平下沥青面层、碎石基层及土基的横观各向同性特性,研究结构层材料的水平方向弹性模量与竖直方向模量比对路面的动力响应影响规律,并根据AI破坏准则对其服务寿命进行了预估分析。结果表明,面层和基层的模量比对路面动力响应和服务寿命影响较大:面层和基层弹性模量比对沥青层底应力应变及土基底部压应变影响都很显著,基层模量比对路表弯沉影响也较大;当面层模量比减小到0.2时,控制疲劳开裂和车辙的荷载重复作用次数分别减小了87%和65%,当基层模量比减小到0.17时,则分别减小了82%和59%;土基模量比对路面结构动力响应和服务寿命影响较小。基于各向同性特性的现行路面设计偏于危险,应适当考虑道路材料的横观各向同性特性。     

川西寒区沥青混凝土路面荷载应力响应的环境影响因素分析

为反映川西寒区复杂的气温条件对沥青路面荷载应力响应的影响,以沥青混凝土劲度模量为面层结构的基本力学参数,结合对寒区气候时空分布数据的收集和整理,采用数值计算方法,对比了川西冬寒区与冬冷区沥青面层对行车荷载作用的应力响应,发现就沥青路面结构层最大拉应力而言,寒区超低温对面层的影响明显高于冬冷区,而水稳基层则相对不敏感。基于此提出:在川西寒区特殊环境下,沥青路面的厚度设计当更加重视气温在空间和时段上的分布规律。     

高劲度模量沥青混合料力学性能试验研究

通过测试几种高劲度模量混合料在不同温度下回弹模量、动态模量和劲度模量,比较其高劲度混合料的性能,得出测试的高劲度模量混合料的回弹模量明显高于一般的沥青混合料;掺加一定比例外加剂PR.M可以提高沥青混合料的回弹模量;20℃劲度模量试验结果表明,橡胶沥青混合料劲度模量最高,硬质沥青、SBS改性沥青劲度模量相当,橡胶沥青混合料ARAC20达到了高劲度模量沥青混合料标准。     

PR.P高模量沥青混合料的动态模量及疲劳性能研究

针对硬质沥青、岩沥青、湖沥青、PR.P共4种高模量沥青与基质沥青和SBS改性沥青进行动态模量研究。沥青混合料动态模量随加载速度增加、试验温度降低而提高,PR.P改性沥青混合料20℃时的动态模量最低,随着温度的升高,动态模量的优势逐渐体现,达到60℃时PR.P的动态模量显著高于其他混合料。由于考虑常温下沥青混合料较易发生疲劳破坏,而PR.P改性沥青混合料常温下模量较低,利用四点弯曲疲劳,采用归一化劲度次数积最大值所对应的疲劳寿命进行分析,确定PR.P改性沥青混合料疲劳寿命具有一定优势。     

典型地区沥青混合料永久变形动态模量代表值研究

沥青混合料在不同的试验温度和荷载频率作用下,其动态力学响应特征不同,不同的温度和行车荷载作用下服役的沥青路面产生的主要路面病害也不同。在沥青路面常见的路面病害中,永久变形属于结构性破坏,可以利用行车荷载作用下的沥青面层混凝土力学响应特征参数来描述。文章通过对内蒙古地区基本状况进行调研,得到分析路面结构参数,然后选取典型区域历年温度参数进行调研,利用调研所得数据,进行永久变形等效温度预估分析,进一步得到永久变形模量代表值。研究结果显示:典型路面结构上、中、下面层的代表温度分别为22.2℃、21.1℃、20.8℃,永久变形模量代表值分别为8570 MPa、9755 MPa、9276 MPa。