大样本条件下沥青混合料疲劳试验参数的概率分布分析

采用一个沥青混合料小梁试件大样本,在相同条件下进行了应变控制疲劳试验,并对疲劳试验结果进行了正态分析和Weibull分析,得到了沥青混合料试件疲劳寿命、初始模量和累计耗散能的概率分布规律.研究分析表明:沥青混合料的疲劳寿命、累计耗散能和初始模量呈3参数Weibull分布和对数3参数Weibull分布,可以采用3参数Weibull分布来分析沥青混合料的疲劳特性.     

基于应变控制的沥青混合料疲劳寿命预测

在应变控制模式下对3种不同级配的沥青混合料进行了四点弯曲小梁疲劳试验,对采用耗散能相对变化率的突变点(判据1)和劲度模量下降至初始劲度模量的50%(判据2)两种失效判据得到的沥青混合料疲劳寿命进行了对比,并针对两种失效判据构建了疲劳寿命预测模型.结果表明:混合料的初始劲度模量随应变水平及公称最大粒径的增大而减小;以判据1为失效判据时,同一沥青混合料在不同应变水平下破坏时的劲度模量基本相同,不同沥青混合料破坏时的劲度模量随公称最大粒径的增大而减小,获得的疲劳寿命比以判据2为失效判据获得的疲劳寿命长;沥青混合料的疲劳寿命随应变水平及公称最大粒径的增大而大幅减小;判据1对应的疲劳寿命预测模型准确性更高.     

超载对AC-25沥青混合料疲劳极限影响

为了评价超载诱发的高应变对长寿命沥青路面底层沥青混合料低应变疲劳极限的影响,采用四点弯曲小梁疲劳试验,对AC-25沥青混合料进行了低—高交变应变循环加载,分析了弯拉劲度、相位角、耗散能和累积耗散能以及疲劳耐久极限的变化规律。结果表明:在低应变水平疲劳试验中引入高应变水平疲劳加载,对AC-25混合料弯拉劲度有一定加速衰减的作用;同时,沥青混合料在进行高应变水平疲劳加载时,其相位角小于低应变水平,而耗散能和累积耗散能均大于低应变水平加载;当由高应变水平恢复至低应变水平疲劳加载时,混合料有自愈合特征,弯拉劲度、相位角、耗散能和累积耗散能的变化趋势近似按照低应变水平进行;因此,超载诱发的有限大小高应变会对长寿命沥青路面层底沥青混合料造成一定损伤,但由于自愈合特性,并不会完全破坏混合料疲劳极限特征。     

沥青混合料内部结构和组成对疲劳性能的影响研究

 采用一个沥青混合料小梁试件大样本,在相同条件下进行了应变控制疲劳试验,利用IMAQ数字图像处理软件对疲劳试验后的小梁试件中部纯弯段的内部结构和组成进行了处理和分析,定义了沥青混合料内部结构和组成的指标,进一步利用SPSS软件分析建立了疲劳试验结果参数与内部结构和组成指标的关系模型。分析表明,沥青混合料的疲劳寿命与沥青混合料内部结构和组成指标密切相关,沥青混合料疲劳寿命内部结构和组成的差异直接造成了相同条件下沥青混合料疲劳寿命的巨大差异,揭示了沥青混合料内部结构和组成对沥青混合料疲劳性能的影响规律。     

疲劳试验中沥青混合料的弯拉劲度模量

为了确定弯拉劲度模量是否适用表征疲劳过程中试件的力学状态变化,通过控制应变的小梁疲劳试验,研究了沥青混合料疲劳过程中弯拉劲度模量随应变水平的变化情况,应变水平的变化模拟了实际路面厚度变化变化对层底拉应变的影响。结果表明:当应变水平较高时,沥青混合料弯拉劲度模量随荷载作用次数的增加而急剧减小;随着应变水平的降低,衰减趋势逐渐变缓;通过研究发现,弯拉劲度模量可以用于表征应变疲劳过程中沥青混合料试件力学状态变化,并由此推算混合料的疲劳寿命。     

溶解性胶粉改性沥青混合料疲劳性能

应用四点弯曲疲劳试验机BFA(beam fatigue apparatus)对溶解性胶粉改性沥青混合料的疲劳性能进行研究,并在相同空隙率下对溶解性胶粉改性沥青密级配沥青混合料(AC13)和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯改性沥青密级配沥青混合料(SBS-AC13)完成了考虑自愈合影响的疲劳性能比较,进一步完成溶解性胶粉改性沥青与SBS复合改性沥青混合料AC13的疲劳性能和高温性能研究.结果显示:归一化劲度次数积疲劳寿命比50%初始模量降低疲劳寿命更适合用于评价溶解性胶粉改性沥青混合料的疲劳寿命;总结溶解性胶粉改性沥青混合料的疲劳性能与应变、沥青用量和空隙率等三个因子的相关性,提出溶解性胶粉改性沥青混合料的疲劳方程;在4%的设计空隙率下,无论是否考虑自愈合的影响,SBS-AC13的疲劳寿命均高于溶解性胶粉改性沥青AC13,但溶解性胶粉改性沥青AC13的自愈合能力高于SBS-AC13;在4%的设计空隙率下,无论是否考虑自愈合的影响,溶解性胶粉复合SBS改性沥青AC13的疲劳寿命均达到SBS-AC13疲劳寿命的2倍,其自愈合能力高于SBSAC13,且高温性能亦远优于SBS-AC13.     

基于能量耗散历史的沥青混合料疲劳损伤特性研究

为弥补耗散能相对变化率(RDEC)法研究沥青混合料疲劳损伤特性的缺陷,通过分析RDEC的演化规律指出RDEC法的不足,采用单调递增的累积耗散能定义新的能量参数累积耗散能相对变化率(RCDEC),并分析其演化规律.采用RCDEC定义沥青混合料的疲劳损伤,并建立疲劳损伤模型来分析疲劳损伤演化规律;同时采用RCDEC分析沥青混合料的疲劳损伤抵抗能力.结果 表明:RDEC无法区分和表征不同条件下沥青混合料的非线性连续损伤演化行为;而RCDEC能够充分考虑沥青混合料的能量耗散历史,区分和表征非线性连续损伤演化行为;提出的疲劳损伤模型可以准确地描述沥青混合料的非线性连续损伤演化行为;RCDEC能够反映沥青混合料的疲劳损伤抵抗能力,RCDEC的提高会导致沥青混合料疲劳损伤演化速率加快,相应的疲劳寿命减小.     

沥青混合料空隙率拓扑优化研究

空隙率是沥青混合料的主要体积参数之一,直接影响到沥青路面的强度特性和路用性能.应用拓扑优化方法,研究沥青混合料空隙率变化时其变形能的变化规律.首先模拟静力荷载作用下试件变形,得到五种不同空隙率试件的应变能与空隙率的变化情况,并基于应变能指标与强度的关系,研究空隙率与强度的关系.研究结果表明,试件强度随着空隙率的增大而不断下降,空隙率由5%增加到30%时,应变能则由0.156 27增大到0.20 566,增长31.61%.模拟结果与大量试验结果统计分析吻合,证明了拓扑优化方法用于模拟分析沥青混合料性能具有可行性.     

不同油石比的橡胶沥青混合料动态模量测试分析

沥青油石比对沥青混合料的沥青饱和度、空隙率等相关参数有重要的影响。因此,在矿料级配已知的状况下,为计算橡胶沥青混合料中最佳油石比,通过单轴静载压缩试验、应力-应变试验、车辙试验对不同油石比的沥青混合料动态模量做试验比对。试验数据显示:随着混合料中油石比的增加,回归方程的曲线斜率变大,沥青混合料成型试件的抗压回弹模量减小;随着温度的升高,与油石比6.4%沥青混合料相互对比,油石比6.7%时的静态模量回归方程曲线的斜率下降趋势经历了先减小后增大的过程;油石比随混合料成型试件的破坏最大值的增大而减小,且随之减小的包括混合料成型试件的抗拉强度;随着沥青混合料成型试件的变形程度越来越大,试件所受应力变化曲线为先上升然后下降的状态。     

骨架嵌挤结构聚氨酯混合料疲劳特性

为探讨骨架嵌挤结构聚氨酯混合料在长期车辆荷载作用下疲劳特性，以聚氨酯混合料和SBS改性沥青混合料为研究对象，利用UTM试验机对疲劳试件进行不同应变水平的四点弯曲疲劳试验，监测并分析两种混合料的弯拉劲度模量、耗散能和滞后角等指标的演变过程，引入外推法，进行两种混合料的疲劳极限计算和疲劳方程预估。结果表明：聚氨酯混合料弯拉劲度模量降低速度慢，试件内部微裂纹萌生和发展地少，弹性恢复能力强，弹性特征相对明显。在相同应变水平下，当试验终止时累积耗散能为SBS改性沥青混合料的4倍左右，表明聚氨酯混合料需要更多的能量来促进材料损伤的产生，抗疲劳性能好。聚氨酯混合料和SBS改性沥青混合料对应的疲劳极限分别为295με和110με，骨架嵌挤结构聚氨酯混合料能满足拉应变水平更高的结构层位使用要求。     

水作用对沥青混合料疲劳性能影响试验

为了便于高温潮湿多雨地区和季节性冰冻地区选用合适的水处理方式评价沥青混合料水稳定性,设计制备了3种级配、4种空隙率的AC-13沥青混合料,通过间接拉伸疲劳试验,研究了不同水作用方式(高温浸水和冻融循环)对它们疲劳性能的影响。试验结果表明,水作用会明显降低沥青混合料的疲劳性能,并且冻融循环的不利影响更为严重;细集料多、空隙率小的沥青混合料的疲劳性能较好,其疲劳寿命对荷载应力也更为敏感。设计和施工时应保证沥青混合料空隙率在4%~5%之间,以降低水作用对沥青混合料疲劳性能的影响程度。同时,评价了水作用对Superpave级配禁区上下方的沥青混合料疲劳性能的影响,并探讨分析了高温浸水和冻融循环影响不同空隙率的沥青混合料疲劳性能的作用机制。     

基于耗散能原理的沥青混合料疲劳特性分析

耗散能原理在沥青混合料疲劳特性的研究中已获得应用,本文通过实验验证了沥青混合料累积耗散能与疲劳寿命之间的唯一对应关系,并根据Schapery相关法则对混合料疲劳特性问题中的粘弹性及非线性因素进行了分析。耗散能法基于粘弹性理论将伪变量的概念应用到混合料疲劳性能研究中,对于疲劳破坏的标准定义更为准确,是分析混合料疲劳特性的一种有效方法。     

沥青混合料裂纹扩展阶段疲劳寿命预测

由于沥青混合料的疲劳裂纹扩展一般难以用传统的Paris公式描述,本文基于能耗的观点,研究沥青混合料裂纹扩展阶段的疲劳演化规律。试验采用半圆弯曲试验方法,在MTS试验系统上进行了三种级配的沥青混合料的断裂韧度试验和疲劳试验,定义了半圆弯曲试验方法中沥青混合料裂纹起裂点和疲劳破坏点。研究结果表明具有断级配的应力吸收层沥青混合料具有更好的抗裂性能和抗疲劳性能;混合料累积破坏能符合Miner线性假定;沥青混合料的疲劳寿命与断裂韧度有很好的相关性。通过对Van Dijk能耗公式参数拟合建立的以断裂韧度为参数的预测模型可以更方便的预测沥青混合料裂纹扩展阶段的疲劳寿命。     

沥青层模量累积疲劳损伤衰减的试验研究

在加速加载试验过程中,采用落锤式弯沉仪测量不同轴载作用次数下路面弯沉,反算沥青层模量,得到路面整个寿命周期的沥青层模量衰减模型.结果表明,累积疲劳损伤下,沥青层模量与加载作用在半对数坐标成线性相关.     

基于计算机层析识别的沥青混合料有限元模型

应用数字图像处理技术，结合有限元建模方法，建立了包舍集料、空隙和胶浆在内的沥青混合料有限元模型，并模拟研究了沥青混合料劈裂试验过程中，由于空隙分布、加载方向以及集料与胶浆模量比等指标的变化对沥青混合料内部微观力学特性的影响，发现沥青混合料中空隙与集料颗料的分布对最大拉应力分布有很大影响，集料与胶浆模量比的变化则只影响最大拉应力值的大小而不影响其出现的位置。结果表明，该方法可进一步推广应用于不同条件下沥青混合料微观力学响应仿真。     

预测沥青混合料疲劳寿命的耗散能方法

沥青混凝土路面疲劳寿命预测对路面的设计、施工具有重要的意义。在实验的基础上,对耗散能理论预测方法的基本原理、影响因素、控制因素以及内部机理进行了分析和研究,并根据分析结果探讨了沥青混合料疲劳寿命的综合控制参数。     

钢渣沥青混凝土渗透、压缩及耐久性试验研究

路面是道路结构的重要组成部分,随着运行车辆的增加以及长时间的使用,各级公路路面都会出现不同程度的损坏。用钢渣代替传统碎石材料,通过对AC-13、AC-16和AC-20三种级配的钢渣沥青混凝土进行渗水试验、单轴压缩试验以及疲劳寿命试验,分析不同级配对钢渣沥青混凝土的渗透性、压缩性及耐久性的影响。结果表明,用钢渣代替碎石作为沥青混合料的骨料是可行的;随着沥青混合料骨料最大公称直径增加,钢渣沥青混凝土的渗水系数增大,抗压强度及抗压模量均降低,初始劲度模量增加,疲劳寿命次数减少;油石比越大,抗压强度越低。因此,应控制大粒径骨料及沥青的用量,提高钢渣沥青混凝土的路用性能。     

透水性沥青混合料目标空隙率的确定方法

为了有效减少路面地表径流,发挥透水性沥青路面的透水功能,明确空隙率、有效空隙率及渗透系数三者之间的关系,以便确定符合地域降雨特点的透水性沥青混合料目标空隙率,依据水量平衡原理和水力学理论,建立了基于有效控制路面地表径流的透水性沥青路面的渗透-蓄水简化模型。通过试验分析,明确了透水性沥青混合料的空隙率、有效空隙率及渗透系数有很好的线性相关关系。通过设计降雨量、透水性沥青路面计算面积和路面综合坡度等为计算参数,得到了透水性沥青混合料的目标空隙率计算方法。该方法能够针对不同地区的降雨特点,计算出满足透水功能的透水性沥青混合料的目标空隙率。     

基于使用性能的钢桥面铺装环氧沥青混凝土设计

针对钢桥面铺装环氧沥青混凝土使用中出现的问题,分析了现有设计理论和方法的不足,采用改进的密断级配CAVF方法来提高环氧沥青混凝土的抗滑性能;基于断裂力学和能量法原理,提出以冲击韧性作为环氧沥青混凝土疲劳性能的评价指标,采用剩余劲度模量比来反映环氧沥青混凝土的疲劳性能,并通过试验建立起冲击韧性和剩余劲度模量比之间的关系.研究结果表明:采用CAVF方法设计的环氧沥青混凝土的抗滑性能明显改善;冲击韧性和疲劳性能之间有良好的线性相关性,采用冲击韧性能够有效地评价环氧沥青混凝土的疲劳性能.