沥青混合料动态模量预估模型研究

动态模量是描述沥青混合料动态性能的主要参数,众所周知路面荷载是典型的冲击动态荷载。而我国现在采用的参数是静态弹性模量,因此在路面设计时有必要引入动态模量。动态模量可以通过试验测定,本文介绍了利用预估模型进行计算的方法,介绍了Witczak、Hirsch、New Witczak、韩国Lee等预估模型,用这些模型计算出动态模量的预估值,并把这些预估值和试验值进行了比较、评价,认为Hirsch模型优于其他模型,最后做了原因分析,并提出研究建议。     

大粒径透水性沥青混合料动态模量预估模型研究

将不同级配类型沥青混合料动态模量实测结果与Witczak预测模型进行了比较,指出了Witczak预估模型并不适合预测开级配、大空隙率沥青混合料的动态模量。基于这个观点,开展多因素、多水平的沥青混合料动态模量试验,考察沥青混合料动态模量影响显著的因素,通过对动态模量试验结果进行回归分析,建立了大粒径透水性沥青混合料动态模量多元线性预估模型,同时对模型进行验证和修正,并对预估模型的适用性进行了初步探讨。     

沥青混凝土动态模量试验及Witczak预估模型验证

对几种常用沥青混凝土进行了动态模量试验研究,并对Witczak动态模量预估模型进行了验证.试验研究表明:沥青混凝土的动态模量随温度增加而减小,且呈明显指数关系;沥青混凝土动态模量随加载频率提高而增大,当环境温度较低时动态模量与频率呈明显对数相关性,当温度较高时动态模量与频率无明显对数相关性;Witczak预估模型在温度低于45℃时对沥青混合料动态模量的预估是可行的,但在较高温度条件下,由于动态模量偏低,其预估值偏差较大,精度还需要进一步提高.     

沥青混合料动态模量Hirsch预测模型的验证研究

动态模量可以描述沥青混合料对温度和荷载频率的敏感性,从而可以客观地反映沥青混合料在路面结构中的行为特性。本文对SMA 13、Superpave 20、Superpave 25和ATB 25等4种沥青混合料分别进行了不同温度和荷载频率下的动态模量试验,并利用DSR对混合料中所用的两种沥青胶结料(普通70号沥青和SBS改性沥青)进行对应温度和荷载频率下的动态剪切模量试验,利用试验结果对动态模量Hirsch预测模型进行了验证研究。研究结果表明利用Hirsch模型预测动态模量的精度较好,只是在高温和低荷载频率时预测偏差较大。     

沥青混合料动态模量试验及模型预估

为了研究沥青混合料的动态特性,应用简单性能试验机(SPT)测试不同类型沥青混合料的动态模量与相位角.分析围压、频率、温度对沥青混合料动态特性的影响,依据时-温等效原理,通过非线性最小二乘法拟舍得到沥青混合料动态模量的主曲线,并采用修正的Witczak模型预估沥青混合料的动态模量.结果表明:频率与温度对沥青混合料动态特性的影响规律相同,而围压对动态特性的影响依赖于荷裁作用频率和试验温度;动态模量主曲线连续而光滑,相位角主曲线并不连续;采用修正的Witczak模型可以很好地预测沥青混合料动态模量值.     

基于结构固有频率的沥青混合料动态模量及预估模型研究

为实现沥青混合料动态模量的快速、无损检测,开展了基于无约束共振法的沥青混合料动态模量研究。首先,基于固有频率计算原理和时温等效原理,分别采用无约束共振法和重复加载法构建动态模量主曲线,阐明无约束共振法测试动态模量的可行性;然后,基于无约束共振法揭示温度、级配类型和空隙率对沥青混合料动态模量的影响规律。基于此,构建包含584组试验数据的动态模量预估模型数据库,采用BP神经网络方法建立动态模量预估模型,并与传统Witczak预估模型进行对比。结果表明：采用沥青混合料固有频率表征动态模量合理可行;无约束共振法可将重复加载法构建的动态模量主曲线最大换算频率10⁷ Hz扩大至10¹⁴ Hz,构建更宽频域范围的动态模量主曲线,提高高频模量预估的准确性;BP神经网络预估模型的预测效果明显优于Witczak模型。研究为动态模量的快速、无损检测提供了技术基础。     

沥青混合料动态模量预估方程的验证分析

动态模量是沥青路面性能评价过程中用来表征沥青混合料刚度的关键指标。用单轴压缩动态模量试验结果对不同体积特征沥青混合料动态模量的各种预测模型进行比较分析。结果表明:文中采用的所有预测模型与试验结果较为一致。Witczak′s方程模拟的动态模量比试验结果稍大,而改进的Hirsh模型一般低估了模量值。新Witczak′s方程在较低加载频率时呈现出相对较高的偏差,但是当加载频率较高时,它的预测结果较好。Hashin′s细观力学分析模型由于几何简化假设,其精确预测沥青混合料动态模量是有限的。     

基于Hirsch预测模型的沥青稳定碎石(ATB)动态模量试验研究与分析

制备不同空隙率的沥青稳定碎石ATB-25混合料旋转压实试件,在试验温度30℃和50℃下测试其动态模量。利用沥青稳定碎石ATB-25混合料的体积指标VMA和VFA,以及沥青胶结料的动态剪切模量|G*|binder,使用Hirsch动态模量预测模型对制备的沥青稳定碎石的对应温度和加载频率下的动态模量机芯预测,并对预测结果进行了分析,验证Hirsch预测模型在预测沥青稳定碎石ATB沥青混合料动态模量方面的适用性。     

沥青混合料动态模量温度修正研究

为分析和评估沥青路面的承载能力,以及研究在车辆荷载的反复作用和环境影响下沥青层模量的衰减规律,需对沥青层反算模量进行温度修正,在相同的温度条件下进行比较。为了得到沥青层反算模量或沥青混合料动态模量温度修正系数,通过室内成型沥青混合料试件或现场路面取芯,应用简单性能试验机(SPT)测试沥青混合料试件的动态模量,回归沥青混合料动态模量与温度关系模型,建立沥青混合料动态模量温度修正模型。结果表明:指数函数能较好地拟合沥青混合料动态模量与温度的关系,推荐的沥青混合料动态模量温度修正模型能很好地反映沥青混合料在标准温度下的模量值。     

基于模拟退火的路基土动态回弹模量建模研究

针对湖南省西部山区某高速公路路基土,开展了一系列动态回弹模量试验,分析了应力状态对动态回弹模量的影响规律,提出了基于模拟退火进行回弹模量预估模型参数全局化搜索的方法,开发了相关建模程序,并与常规等效线性法建模的进行了对比。研究结果表明,围压和偏应力均对路基土的动态回弹模量均有显著影响,利用开发的模拟退火参数搜索程序,可以实现各种回弹模量模型的参数搜索,有助于克服等效线性法的缺点,能更便捷、准确地建立回弹模量预估模型。     

不同荷载模式下沥青混合料的动态模量依赖模型

为准确地描述沥青混合料动态模量的温度和荷载依赖性,分别开展了不同条件下4种沥青混合料的两点弯拉和三轴围压动态模量试验.基于时温等效原理,采用Boltzmann函数模型建立了基准频率为10 Hz的沥青混合料弯拉和三轴动态模量主曲线,分析了试验方法对沥青混合料动态模量的影响,构建了不同荷载模式下的基于温度和荷载参数的沥青混...     

沥青混合料动态黏弹性分数阶导数模型

为了更加精确、全面地表征沥青混合料的动态黏弹性力学特性,基于四参数分数阶导数Zener模型(FDZ)分配微分算子后,分别得到修改五参数分数阶导数模型(MFPFD)和改进五参数分数阶导数模型(IFPFD)的本构方程,并进一步得到了模型的复数模量解析表达式。将复数模量分离实部和虚部得到存储模量、损失模量及损耗因子的系数解析表达式。采用LARE目标函数,基于时温等效原理,构造了3个模型的黏弹函数主曲线,通过拟合优度和目标函数最优值评价模型拟合的效果,并对2种分数阶导数模型进行了对比。研究结果表明：FDZ模型和MFPFD模型黏弹函数呈现相似的性质,说明FDZ模型分配微分算子后黏弹函数的特性未发生变化;IFPFD模型采用1套参数即可较好地表征沥青混合料的所有动态黏弹函数,如存储模量、损失模量、相位角、动态模量、损耗因子及Cole-cole曲线,满足Kramers-Kronig关系;与FDZ模型相比,IFPFD模型增加模型参数β,能够更好地描述损失模量的峰宽和其他黏弹函数的非对称特征。最后,IFPFD模型的参数具有一定的物理意义,而根据数值优化所得的模型参数,能确定参考温度下动态黏弹性分数阶导数的微分方程,且分数阶微分本构方程较为简单,研究结果可为沥青混合料设计和路面动力学分析提供新的思路。     

粉土动态回弹模量预估模型评估与改进

为了综合评估粉土动态回弹模量对围压和偏应力的显著依赖性,在既有粉土在不同含水率和压实度下的动三轴试验基础上,采用典型的应力相关复合模型对试验结果进行了参数回归和预测能力评价。为提高回弹模量预估模型的适用性,考虑八面体剪应力在预估模型中的比例,对已有模型进行了改进。结果表明,不同的回弹模量预估模型对试验数据的拟合效果有较大的差异,而改进的模型具有较高的决定系数,提高了回弹模量的预估准确度。     

移动荷载作用下沥青路面车辙响应分析

车辆在路面行驶过程中,会对路面结构产生水平向推力,从而加剧路面结构层剪切破坏,而路面结构层剪应力过大是引起路面车辙的主要因素。文中建立在移动荷载下路面结构有限元模型,应用正交因素分析法研究车速、轴载、HMA厚度、HMA模量对路面车辙的影响。结果表明,HMA厚度和轴载大小是影响车辙深度的主要因素,其大小与车辙深度的关系可以用二次抛物线描述。     

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SPT试验的沥青混合料高温稳定性评价方法研究

为了分析动态模量|E*|、|E*|/sinφ指标预测评估沥青混合料高温稳定性的可靠性,进行了在不同应变和频率下的SPT动态模量试验,研究了沥青混合料的动态模量与相位角随频率的变化规律,同时对不同沥青混合料的动态模量|E*|及抗车辙因子|E*|/sinφ进行了对比分析。结果表明:沥青混合料不同频率下动态模量E*和|E*|/sinφ变化趋势大致相同,表明|E*|/sinφ可以作为SPT动态模量试验评价沥青混合料高温抗变形能力的参考指标;30#普通沥青混合料的高温抗变形性能最强。     

沥青混合料动态模量预测方法研究

首先,采用3层复合微观模型与GSCS微观模型,推导出沥青胶浆动态模量与沥青混合料动态模量之间的换算公式。其次,选取8种沥青并拌制沥青混合料,通过试验分别测定沥青胶浆及沥青混合料的动态模量,对推导出的换算公式进行验证。结果表明:利用修正的GSCS微观模型和3层复合微观力学模型,可根据沥青胶浆的动态模量准确预测沥青混合料的动态弹性模量和动态剪切模量,具有一定的实用价值。     

不同湿度粘性路基土动态回弹预估研究

研究以滤纸法测量了粘性路基土基质吸力,获得了土水特性曲线。通过动三轴试验,研究了不同含水量下粘性路基土动态回弹模量,并于试验后以滤纸法测量土样的基质吸力,并探讨了粘性路基土动态回弹模量与基质吸力的关系。研究表明,粘性路基土动态回弹模量随循环偏应力和含水量的增大而减小,随基质吸力的增大而增大。鉴于动态回弹模量是偏应力和体应力的函数,在现有偏应力和体应力为变量的三参数复合模型基础上引人基质吸力的影响,进而提出综合反映湿度和应力状态的动态回弹模量预估模型。通过对试验数据进行回归分析,结果表明所选模型具有较高的决定系,证明所选综合考虑应力和湿度影响的模型具有较高的合理性与可靠性。模型的建立,不仅为南方多雨地区评价路基土在环境和交通荷载作用下长期性能提供了依据,也为基于动力学的路面结构设计提供了参数。     

基于温度与应变参数的沥青混合料动态模量依赖模型研究

为客观表征沥青混合料的非线性黏弹性及其温度、荷载依赖性,采用法国梯形梁试验仪开展了不同应变水平、不同温度、不同加载频率下的沥青混合料二点弯拉动态模量试验。通过引入非线性算子的方法,提出了基于温度与应变参数的沥青混合料动态模量依赖模型构建方法,建立了沥青混合料动态模量主曲面表达式,利用相关系数检验和方差分析方法评价了动态模量依赖模型的可靠性。结果表明:以足尺环道沥青混合料为基础开展的梯形梁二点弯拉试验,0℃时动态模量变异系数均值约为2.5%,45℃时动态模量变异系数均值约为6.2%,10个试验温度下动态模量变异系数均值约为4%,试验方法变异水平低、误差小,具有十分良好的平行性和可靠性;所建立的基于温度与应变参数的动态模量依赖模型表达式,决定系数R~2能够达到0.99以上,F检验的P值为0,模型对试验结果的拟合效果良好,动态模量与温度、应变水平之间具有十分显著的相关性;可采用该模型描述沥青混合料弯拉动态模量,并将沥青混合料动态模量的描述模型由主曲线转变为主曲面。在路面结构分析中使用该模型,能够更加客观地反映实际路面中的非线性响应现象,有效避免了结构分析中由于模量取值不合理,所造成的计算结果失真等问题。     

沥青混合料的动态响应影响因素分析

选择3种沥青混合料进行不同试验条件下的沥青混合料性能试验(AMPT),分析了加载频率及试验温度对沥青混合料黏弹性动态响应的影响;并采用Sigmoidal模型,得到了沥青混合料的动态模量移位因子及模型参数,形成并分析了沥青混合料动态模量和相位角主曲线。结果表明,随着加载频率的升高,沥青混合料的动态模量逐渐增大,但温度越高,增加幅度越小;动态模量随着加载频率增大,在较低的温度下(5℃和15℃)符合对数增长关系,在较高的温度下(45℃和55℃)符合线性增长关系,但超过45℃后,不同加载频率的动态模量差异较小。不同加载频率的相位角最大值对应的温度不同,加载频率越低,对应的温度也越低。动态模量主曲线和移位因子可以较好地描述加载频率和试验温度对沥青混合料黏弹性动态响应的影响。在低温高频状态下,矿料级配对沥青混合料动态模量的贡献较大;而在高温低频状态下,沥青逐渐软化,结合料对混合料动态模量的影响更为显著。