基于耗散能的老化沥青疲劳寿命预估模型分析

为了研究老化沥青疲劳性能,以70~#基质沥青和SBS改性沥青作为研究对象,以累积耗散能为评价指标,研究了老化对沥青疲劳寿命的影响,建立了老化沥青疲劳寿命预估方程,分析了应力控制和应变控制加载模式下疲劳寿命预估方程的适用性。首先将70~#基质沥青和SBS改性沥青进行旋转薄膜烘箱加热试验(RTFOT),使沥青发生老化,然后采用动态剪切流变仪在应力控制和应变控制加载模式下对不同老化程度的沥青进行时间扫描试验,通过耗散能随加载次数变化关系确定沥青疲劳寿命。基于累积耗散能建立应力加载控制模式下沥青疲劳寿命预估方程,并采用预估方程计算应变控制加载模式下的累积耗散能,检验预估方程的适用性。结果表明:累积耗散能随着荷载作用次数增加呈线性积累,当累积超过沥青疲劳破坏阈值时,发生疲劳破坏;经RTFOT老化后的70~#基质沥青和SBS改性沥青疲劳寿命与累积耗散能具有较好的双对数线性关系(R0.8);当采用应力加载模式下获得的沥青疲劳寿命预估模型分析应变加载模式下沥青疲劳性能时,70~#基质沥青和SBS改性沥青累积耗散能计算值与实测值之间的误差大多在10%以内,可认为基于累积耗散能建立的沥青疲劳寿命预估方程不受加载模式的影响。     

长寿命路面沥青混合料疲劳极限研究

在分析常规应变条件下沥青混合料疲劳破坏发展的基础上,改进了AASHTO T321中所推荐的疲劳寿命计算方法,根据混合料劲度模量的变化规律,将疲劳破坏过程分为3个阶段,以第2个阶段的试验数据推算低应变条件下试件的疲劳寿命,并通过测试不同低应变水平下沥青混合料的疲劳性能,得出了山东省滨州地区长寿命路面沥青混合料的疲劳极限.结果表明:在低应变条件下,沥青混合料疲劳极限和应变水平仍符合幂函数疲劳方程.     

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.     

基于自愈性能的HMA疲劳极限研究

永久性路面设计理论假定沥青混合料存在疲劳极限(EL),该文旨在采用单轴拉压疲劳试验,借助伪劲度比(PSR)这一关键参数确定和预估沥青混合料EL值。研究基于HMA自愈性能,进行了有、无间歇时间的单轴疲劳试验。试验确定了不同温度下高中低三级拉应变值,结果显示PSR的大小受沥青含量、空隙率、温度、间歇时间、拉应变和循环加载次数影响。敏感性分析结果表明:EL值可通过提高温度、增加沥青含量、增大间歇时间和减小空隙率来提高;同时加载作用次数在有间歇时间的加载对PSR影响较小。     

新疆路面沥青混合料疲劳寿命预估分析

通过分析新疆典型沥青面层结构设计,采用BISAR3.0软件仿真模拟试验手段,确定不同沥青面层厚度的室内沥青混合料疲劳破坏加载方式。用预估模型对沥青混合料进行疲劳寿命分析。研究表明:沥青混合料疲劳破坏加载方式选择与沥青面层厚度有关,当面层厚度不大于5 cm和大于16 cm时,沥青混合料疲劳试验加载方式分别采用应力控制模式与应变控制模式;预估模型疲劳寿命与实测值存在一定差异但满足精度要求可为新疆沥青混合料疲劳设计提供借鉴作用。     

拉-压交变荷载下沥青混合料的疲劳性能

为了研究交变力学状态下沥青混合料的疲劳性能,开发专用加载设备,选择AC-25F和AC-16C两种材料作为研究对象,进行不同荷载级别和不同应力比下的疲劳试验,分析荷载级别和压应变对沥青混合料疲劳行为的影响,并建立考虑压应力影响的疲劳预估模型.结果表明:各种应力比下,沥青混合料疲劳寿命与拉应力呈对数线性关系,但压应力显著延长了材料的疲劳寿命.对于AC-25F,其在应力比为-0.5,-0.3,-0.1时的疲劳寿命分别为应力比0.1时的2.52倍、1.53倍和1.03倍;对于AC-16C,相应的疲劳寿命则分别为应力比0.1时的4.90倍、3.31倍和2.30倍;所建立的考虑压应力影响的疲劳预估模型可有效弥补现有模型仅考虑拉应力作用的缺陷,为路面结构设计和疲劳预估提供参考.     

青临高速试验路沥青路面结构应变分析和永久变形预估

为了分析和预估青临高速试验路沥青路面结构疲劳寿命和永久变形,为长期性能观测验证提供基础对比数据,按照标准试验方法对试验路土基、粒料、无机结合料以及沥青混合料的力学参数进行测试分析;结合同类道路交通荷载分析,得出试验路交通组成、轴载谱及3类典型轴的最大特征值;按照弹性层状理论计算了常温和高温条件下沥青层底最大弯拉应变;用MEPDG永久变形预估模型分析了不同路面结构沥青层永久变形发展规律,预测车辙养护修复的时间。结果表明,所设计的沥青路面结构基本满足长寿命沥青路面沥青层底弯拉应变小于疲劳极限应变的要求,MEPDG预测车辙主要发生在表面层,中下面层车辙较小,表面层采用高模量沥青混合料可显著提高路面抗车辙能力。     

钢桥面浇注式沥青+改性沥青SMA铺装结构疲劳抗裂性能评估

为评价钢桥面铺装材料抗疲劳开裂性能,采用四点弯曲试验进行不同温度和应变条件下的高弹改性SMA10疲劳试验,建立不同温度下的疲劳行为方程;通过有限元模型提取铺装层顶面最大弯拉应力,计算SMA10在不同温度区间疲劳损伤度,建立钢桥面铺装疲劳开裂预估模型。研究结果表明,温度和应变对钢桥面铺装开裂影响显著;温度每升高10℃,高弹改性SMA10的疲劳寿命提高4~5倍;应变条件和疲劳寿命之间具有很好的指数函数关系,其相关性系数均大于0.9;通过预估模型结果表明,浇注式沥青混合料GA10+高弹改性沥青SMA10结构的疲劳开裂寿命为16年,其预估结果为钢桥面铺装方案的选择提供了理论依据。     

材料粘弹性对沥青混凝土钢桥面铺装结构疲劳寿命预估的影响

为研究材料粘弹性对钢桥面浇注式沥青混凝土铺装结构疲劳寿命预估结果的影响,建立粘弹性有限元模型,分析不同荷载作用次数下铺装结构表面拉应变的变化规律,并基于应变控制的铺装面层混凝土疲劳方程预估铺装的使用寿命。结果表明:由于受材料粘弹性特性影响,随着荷载作用次数增加,钢桥面铺装表面拉应变也随之增大,铺装疲劳寿命降低;荷载作用20 000次前变化更为明显,其后则趋于平缓。     

泡沫沥青冷再生混合料疲劳特性及其长寿命冷再生沥青路面结构优化

为了研究新旧沥青长期融合作用下泡沫沥青冷再生混合料的抗疲劳耐久性,采用4点弯曲疲劳试验,对80％、100％的RAP泡沫沥青冷再生混合料进行了低应变水平下的疲劳试验,分析RAP、再生剂、模拟服役时间对泡沫沥青冷再生混合料疲劳性能的影响规律,拟合回归了泡沫沥青冷再生混合料的疲劳方程,确定了泡沫沥青冷再生混合料的疲劳极限应变,进而优化了长寿命泡沫冷再生沥青路面结构.结果 表明:添加再生剂对泡沫沥青冷再生混合料的力学性能、路用性能和抗疲劳性能有显著增强作用;增大荷载应变水平显著降低了泡沫沥青冷再生混合料的疲劳寿命,泡沫沥青冷再生混合料疲劳寿命对应变水平变化极为敏感,增大RAP掺量或添加再生剂均能改善冷再生混合料的抗疲劳性能;室内放置期间,泡沫沥青冷再生混合料疲劳寿命同样存在增长过程;将泡沫沥青冷再生混合料中的RAP仅作为黑色集料,低估了泡沫沥青冷再生混合料的抗疲劳性能.推荐泡沫沥青冷再生混合料的疲劳极限应变为100με.在此应变水平下,泡沫沥青冷再生路面满足长寿命沥青路面抗疲劳性能要求.     

水泥混凝土桥梁长寿命桥面铺装层复合结构疲劳特性

为了构建疲劳性能优异的水泥混凝土桥梁长寿命铺装结构,借鉴长寿命沥青路面设计的基本思路,选取3种铺装复合结构方案,采用应变控制的四点弯曲疲劳试验,并基于Weibull分布理论对复合结构的疲劳特性进行分析,建立长寿命桥面铺装复合结构双对数疲劳预估方程。研究结果表明：3种铺装复合结构的疲劳寿命均服从双参数Weibull分布;在失效概率为0.1时,复合结构上面层同为AC,下面层采用环氧沥青混合料（EAM）代替SMA后,其疲劳性能得到提高,复合结构下面层同为EAM,上面层采用SMA代替AC后,疲劳性能得到再次提高;＂EAM＋SMA＂的组合具有较好的抗疲劳性能,同时满足长寿命桥面铺装的结构最优设计特点,为今后长寿命桥面铺装相关研究提供了基础。     

温拌SBS改性沥青混合料低温与疲劳特性研究

为了研究温拌剂对SBS改性沥青混合料低温和疲劳特性的影响,采用SGC击实仪成型试件,测试温拌沥青混合料的空隙率与劈裂强度,确定拌和与击实温度,并利用低温小梁实验和四点弯曲疲劳试验测试沥青混合料的力学性能进行评价。研究结果显示:温拌剂掺入,降低了沥青混合料的成型温度.提高了SBS改性沥青混合料的压实性;温拌剂可以提高沥青混合料的破坏应变,使沥青混合料的柔性增加;养生可以提高温拌沥青混合料的低温性能;温拌沥青混合料(WMA)的疲劳寿命大于普通热拌沥青混合料(HMA),并且WMA的疲劳寿命对温度和应变的敏感性较低。     

沥青混合料疲劳寿命的新现象学模型研究

该文对印度公路和道路运输部所规定的3种级配沥青混合料进行了四分点疲劳试验,并评价了其疲劳寿命。试验采用应变控制模式,加载为频率10Hz的正弦加载,温度为20℃。所有混合料的空隙率都控制在(4.0±0.2)%,同时对沥青混合料进行了马歇尔残留稳定度和间接拉伸强度的测试以评价其性能。在此基础上,提出了一个评价沥青混合料疲劳寿命的新现象学模型。试验研究表明:弹性改性沥青疲劳寿命最长,并且具有最低的应变敏感性。塑性改性沥青混合料太脆导致在高应变水平下表现较差,SMA的疲劳寿命比密级配沥青混合料的疲劳寿命高近5倍。新的模型不仅与试验结果高度吻合,而且在统计上也比传统模型更加可靠。     

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。     

二次老化对再生沥青混合料疲劳性能影响分析

针对再生沥青混合料在使用时存在的二次老化问题,对不同RAP掺配率下的沥青混合料进行试验室加速老化,并进行直接拉伸疲劳试验。结果表明,二次老化后沥青混合料的强度较老化前有所提高,疲劳寿命会有大幅度的降低,沥青混合料的疲劳寿命与应力比在双对数坐标中具有良好的线性关系。     

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。     

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,...     

高弹改性沥青在钢桥面铺装中的应用研究

针对目前钢桥面铺装面层沥青混合料容易产生疲劳开裂的问题,根据沥青混合料粘弹原理中的累积耗散能和滞后环线理论,提出通过降低沥青混合料每次滞后环线的损失能量从而提高沥青混合料疲劳寿命的观点.根据此原理开发了高弹改性沥青,对高弹改性沥青的高低温性能以及疲劳性能进行了试验验证,高弹改性沥青混合料的低温变形能力有很大的提高,-10℃低温大梁弯拉应变大于10 000με,4点弯曲小梁疲劳寿命比普通改性沥青混合料的疲劳寿命有了很大的提高,1 000με疲劳寿命达到190万次,是普通混合料的疲劳寿命的20倍左右.     

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.     

一种车用高强球墨铸铁的疲劳性能

本文针对一种新研制的高强度，高延伸率球墨铸铁材料进行了疲劳性能方面的试验研究。本文简略地介绍了测试疲劳性能的试验方法，通过使用升降法试验获得了材料的弯曲疲劳极限，证明该材料具有良好的疲劳性能，通过低周疲劳试验获得了应力－应变曲线和应变－寿命曲线，这些都是汽车有关零件疲劳设计和寿命预测重要的数据资料。