沥青混合料拉压疲劳损伤试验

为研究沥青路面结构实际处于拉压应力作用下的疲劳损伤特性,针对沥青混合料AC-13开展了连续式交变正弦波形加载的小梁拉压疲劳试验。依据损伤力学基本理论,采用唯象学方法分析了沥青混合料的拉压疲劳损伤特性。介绍了拉压疲劳试验方法及影响因素,根据疲劳试验结果得到了拉压疲劳方程;基于弹性模量定义的损伤变量,建立了拉压疲劳损伤模型,拟合疲劳试验结果确定了损伤参数,获得了考虑应力水平的拉压疲劳损伤演化方程。研究结果表明:疲劳损伤参数α、β随应力水平增大而增大,且近似呈线性关系;拉压疲劳损伤演化大致呈3阶段变化规律,即损伤萌生、损伤稳定增长和损伤失稳破坏阶段;应力水平越大的损伤演化曲线越靠下,随寿命比变化疲劳损伤演化速度越缓和。     

沥青混合料疲劳损伤非线性演化统一模型试验研究

通过相同条件下一组大样本沥青混合料应变控制小梁弯曲疲劳试验,将弯曲疲劳循环次数和对应循环次数的模量无量纲化后,拟合得到了一组疲劳损伤和对应循环次数比的关系曲线,发现各曲线之间非常相似,尽管各试件的疲劳寿命相差较大。对曲线族进一步分析,归纳得到了此沥青混合料疲劳损伤的非线性演化的统一模型。     

沥青混合料预缺口试件直接拉伸疲劳损伤分析

为了研究沥青混合料疲劳损伤断裂特性,应用断裂力学积分守恒定律,提出一种关于沥青混合料对称边缺口试件拉伸疲劳损伤的封闭解法,并根据有限元计算与有关试验结果的对比,确定了合适的试件缺口处应力集中系数和沥青混合料疲劳损伤特性参数,同时证明了在拉伸疲劳试验情况下所提出的沥青混合料非线性疲劳损伤模型的有效性.根据非线性有限元计算,分析了沥青混合料含缺口试件拉伸疲劳损伤开裂、裂纹扩展过程,讨论了不同阶段试件内部损伤度、拉应力的分布规律,以及它们和试件位移、疲劳寿命随预制裂纹起裂、扩展的变化规律.研究结果表明:基于疲劳损伤有限元和Paris公式的沥青混合料含缺口拉伸试件的疲劳损伤分析结果与直接拉伸疲劳试验结果基本一致,但基于Paris公式的计算结果无法反映试件在起裂和扩展初期阶段裂纹扩展速率的变化情况.     

AC-13C沥青混合料疲劳损伤过程强度变化规律研究

为研究沥青混合料疲劳损伤过程强度变化,以AC-13C沥青混合料为研究对象,测定AC-13C沥青混合料劈裂抗拉强度、确定疲劳荷载应力水平;测定AC-13C沥青混合料疲劳寿命;定义疲劳损伤程度0%、20%、50%、65%、80%,并对沥青混合料进行相应损伤程度的疲劳作用,然后进行疲劳损伤过程沥青混合料劈裂强度试验。结果表明:疲劳损伤程度越大,沥青混合料的抵抗荷载的能力越弱,同时材料损伤越严重,其抵抗变形的能力越弱。随着损伤程度的加大,损伤程度在前期50%以内,沥青混合料的强度衰弱较为缓慢,而在损伤后期65%-80%阶段,沥青混合料的强度衰减呈现陡降。     

沥青混合料车辙形成过程蠕变损伤的数值分析

将损伤演化律应用到无损的黏弹性本构模型中,以描述沥青混合料的蠕变损伤行为。采用阶跃式损伤演化律,近似刻画损伤增长,获得了与试验结果比较吻合的沥青砂、沥青混合料完整的3阶段蠕变曲线;结合现有商业有限元软件,模拟了沥青混凝土路面的车辙形成过程,得到了车辙深度随时间增长曲线和车辙形成过程中不同时刻的损伤演化云图,对于揭示沥青混凝土路面车辙形成的原因和机理有重要意义。     

沥青混合料疲劳损伤模型参数实验研究

首先介绍疲劳累积损伤定律在沥青类材料中的应用,针对不同模型的特点及应用条件,采用Lemaitre疲劳累积损伤模型作为沥青混合料疲劳损伤模型,通过进行疲劳损伤实验设计,获得沥青类材料疲劳损伤特性参数,为计算材料疲劳损伤程度奠定了基础。     

基于统计损伤理论的沥青混合料的蠕变模型

将修正的Burgers模型看成是Van Der Pool模型与一个非线性黏壶串联而成,认为材料损伤演化过程只是导致模型中串联黏壶的黏度降低,其他3个元件并没有受到损伤;用Weibull函数来描述沥青混合料内部缺陷的分布,从统计学的角度出发建立了损伤演化方程,将损伤引入修正的Burgers模型的非线性黏壶,建立了沥青混合料的黏弹性损伤模型;给出了蠕变应变、蠕变速度和蠕变加速度的解析表达式,证明了该模型能很好地反映沥青混合料三阶段的蠕变特性;最后通过两个试验算例验证了模型的准确性和适用性.研究结果表明,只考虑串联黏壶的损伤不仅较以往的蠕变损伤模型更加简单,而且能很好地反映实验结果,最重要的是这种处理有了更合理的理论根据.     

再生沥青混合料疲劳性能试验研究

为了评价掺有再生沥青路面(RAP)材料的沥青混合料的疲劳性能,以及不同RAP材料用量对沥青混合料疲劳性能的影响,进行了室内再生沥青混合料疲劳试验研究。疲劳试验中采用了沥青路面表面层沥青混合料,选用了间接拉伸(IDT)强度试验和半圆弯曲(SCB)疲劳试验方法,进行了RAP材料质量分数分别为0%、10%、20%和30%的疲劳试验。试验结果表明:沥青混合料中RAP材料质量分数小于20%时,对沥青混合料疲劳性能影响不大,而RAP材料质量分数为30%时,疲劳性能明显下降。初步建议了表层沥青混合料合适的RAP材料质量分数不宜超过20%。     

沥青混合料疲劳模型研究分析

总结了目前国内外沥青混合料基本疲劳力学模型,简要分析了不同模型的特点及差别,认为其分别是在不同的试验方法、试验条件及考虑不同的参数下所得出,各自有具体适用范围,使用中应结合本地区具体条件通过实验修正得到疲劳模型。     

温度和冻融作用下沥青混合料疲劳性能研究

为模拟车辆荷载及气温、降水等自然因素对沥青路面疲劳性能的影响,文章通过室内试验,研究了应力比、温度和冻融循环等因素对沥青混合料疲劳寿命的影响。结果表明,随着应力比的增大和温度的升高,沥青混合料的疲劳寿命逐渐降低;经冻融后,沥青混合料的疲劳寿命有所降低。各条件下,疲劳寿命随应力比都呈指数规律变化,温度越高,A值和B值越小;冻融后A值和B值都会增大,其中经冻融且温度为15℃时A值和B值最大,此时疲劳寿命受应力比的影响最显著。     

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.     

基于热力学的沥青混合料粘弹-粘塑性损伤本构模型

为了表征沥青混合料的力学行为,以不可逆热力学理论为基础,推导出沥青混合料粘弹-粘塑性损伤本构模型;将建立的本构模型用于分析沥青混合料三轴蠕变试验和等应变速率压缩试验.结果表明:该模型能够合理描述沥青混合料蠕变试验的三阶段,准确表征其三维变形特征,并能从机理上分析沥青混合料的变形行为;可以较准确地预估等应变速率压缩试验中的应力-应变发展规律及应力峰值和体积变形规律;所提出的粘弹-粘塑性损伤本构模型能够表征沥青混合料在多种压缩加载模式下的力学行为特征.     

聚合物纤维加筋沥青混合料疲劳特性的研究

在MTS上采用应变控制模式和中点加载方式的小梁弯曲疲劳试验方法,研究了不同沥青用量、纤维掺量和应变水平条件下聚合物纤维加筋沥青混合料的弯曲疲劳特性及其变化规律;根据试验结果提出了基于疲劳寿命下的最佳聚合物纤维掺量,建立了以拉应变、混合料的初始劲度、体积参数VFA和纤维掺量为参数的聚合物纤维加筋沥青混合料疲劳性能模型.结果表明,沥青混合料的疲劳寿命随着聚合物纤维掺量的增加而延长,但当掺量过大时疲劳寿命反而可能有所下降.通过多元线性回归分析表明,含纤维掺量参数的新模型的精度比其他疲劳模型得到了明显提高.     

宽应力比条件下的沥青混合料疲劳特性:改进的S-N模型

为了避免采用分段函数的不方便性和弥补传统S-N疲劳方程分析宽应力比条件下沥青混合料疲劳特性的不足,揭示了应用反曲函数( Sigmoidal Function)描述宽应力水平下沥青混合料疲劳规律的适用性,通过原材料试验及配合比设计,确定了沥青混合料级配和最佳油石比,利用MTS810( Material Test Syst...     

沥青混合料疲劳性能试验与表征方法综述

针对沥青混合料疲劳耐久性设计参数的不确定性与不科学性问题,从疲劳试验方法及疲劳性能表征模型两方面对沥青混合料疲劳性能表征的发展现状、存在的问题进行了综述,并总结了其未来发展方向。沥青混合料疲劳性能主要通过室内外不同疲劳试验进行研究,不同试验方法所用沥青混合料试件的尺寸、形状,试件内部所处应力状态及试验条件皆各不相同,而沥青混合料是一种由沥青结合料与不同粒径矿料通过搅拌和碾压而成的多相、多组分、多尺度黏弹性混合料,其力学响应具有显著的时间、温度与应力状态相关性,不同试验方法所对应的加载速度、试验温度及应力状态存在较大的差异性,故其试验结果呈现出显著的不确定性,其疲劳性能表征模型参数也存在显著的差异性;此外,常用的室内材料疲劳试验方法大多为一维或二维应力状态下的疲劳试验,这与沥青路面结构实际服役过程中所处的三维应力状态不符;沥青混合料疲劳性能表征方程大多来源于一维应力状态下的疲劳试验结果,因此,用简单应力状态下的材料疲劳试验方法与性能表征模型难以客观表征三维应力状态下沥青路面结构的疲劳抗力,从而导致沥青路面疲劳耐久性设计存在较大的偏差。建议开发与沥青路面服役状态一致的三维应力状态下的疲劳试验方法,并建立三维应力状态下疲劳表征模型,以消除不同试验方法及试验条件对沥青混合料疲劳性能表征的影响,提高沥青混合料疲劳性能表征的有效性与完备性。     

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.     

沥青混合料离析对沥青混凝土路面疲劳寿命的影响

将沥青混合料离析分为无、轻度和重度3种水平,根据不同程度离析混合料级配、沥青用量与空隙率等关键指标,计算不同季节不同离析程度的沥青混合料动态模量。根据动态模量,进行力学分析,计算得到不同程度离析发生在各个结构层时沥青混凝土层层底拉应变。运用AI疲劳方程,计算各个沥青混凝土层疲劳寿命,结果表明,发生离析层位的疲劳寿命大大减小,同时对其他没有发生离析层位的疲劳寿命也有一定的影响。