沥青混合料抗裂性能评价指标的试验研究

基于沥青路面裂纹扩展行为,设计预切口小梁试件的疲劳试验,以模拟其复合裂纹扩展模式;以疲劳寿命指标来评价沥青混合料的抗裂性能,同时进行沥青混合料的低温弯曲试验和J积分试验,试验混合料采用4种低温性能差异显著的沥青胶结料.判别各项评价指标对试验混合料抗裂性能的鉴别程度,并分析沥青低温临界温度指标、低温弯曲试验指标、J积分试验指标与预切口小梁疲劳寿命的相关性.结果表明:以混合料疲劳性能为基准的混合料抗裂性能排序与沥青胶结料临界温度的排序一致,也与沥青混合料低温弯曲试验和J积分试验中能量指标的排序一致.     

沥青混合料疲劳性能影响因素研究

为保证沥青混合料的抗疲劳性能,采用3点弯曲疲劳试验研究了应力比、加载频率和沥青种类对沥青混合料疲劳寿命的影响规律。研究发现,不同结构类型的沥青混合料疲劳寿命随应力比增加而逐渐减小,相同应力比下,SMA-13的疲劳寿命至少是AC-13的1.4倍;沥青混合料的疲劳寿命随加载频率的增加而逐渐增加,同一加载频率下沥青混合料疲劳寿命减小幅度随应力比的增加不断降低;SBS改性沥青抗疲劳性能优于克拉玛依70号沥青,对改善沥青路面耐久性能作用明显。     

弯曲荷载作用下平板贯穿裂纹钻孔止裂试验研究

通过对15个预制裂纹平板试件进行疲劳加载,研究了弯曲荷载作用下钢桥面板钻孔止裂的止裂机理、钢板疲劳性能与影响止裂效果的因素。分析了钻孔后孔边萌生裂纹的起裂点、扩展路径与测点应力变化,对比了不同止裂孔孔位及孔径对试件剩余疲劳寿命的影响。研究结果表明:在弯曲荷载作用下,打孔后的再次开裂点位于原裂纹尖端前方孔壁点,并沿原裂纹方向扩展,孔边裂纹在钢板上、下表面共同扩展;随着裂纹的扩展,裂纹尖端区域能承受的最大应力值逐渐降低;该试验结果表明:止裂孔孔位在0.5 D～1.0 D之间的止裂效果较好,增大孔径可以延长钢板的剩余疲劳寿命。     

钢箱梁竖向加劲肋焊接接头疲劳裂纹碳纤维补强修复试验研究

针对钢箱梁顶板与竖向加劲肋焊接接头疲劳细节,选取了3个已有焊趾疲劳裂纹的局部足尺试件作为研究对象,采用CFRP补强法对其中一组试件焊趾裂纹进行修复,其他两组对比试件则在CFRP补强的基础上分别进行钻孔及裂纹焊合处理。修复结束后,采用疲劳试验机进行100 MPa等应力幅疲劳加载,并在试验结束后对试件进行切割,以获取裂纹扩展断面。对试验数据进行处理分析,分别从疲劳裂纹扩展寿命、扩展断面等角度对修复效果进行评价。结果表明:CFRP补强法可显著提高疲劳裂纹的扩展寿命;在CFRP补强的基础上进行钻孔或裂纹焊合处理可进一步降低疲劳裂纹的扩展速率;CFRP布参与工作后可明显降低试件截面的疲劳应力,但粘贴未施加预应力的CFRP布对于短裂纹则几乎没有修复效果。     

存在裂纹的压力容器疲劳断裂分析

为了分析工程中常见的破坏性极大的压力容器疲劳问题,基于断裂力学理论将存在初始裂纹的压力容器等效为无穷远处作用均匀拉应力的含中心裂纹无限大板问题,解出表面半椭圆裂纹和穿透裂纹的应力强度因子;利用断裂判据得到裂纹的临界断裂尺寸;采用Paris表达式对裂纹扩展速率进行描述,推导出初始裂纹在不同裂纹尺寸和形式下的裂纹疲劳扩展寿命。结果表明,对于存在不同尺寸和形式裂纹的压力容器,其疲劳寿命可以由裂纹疲劳扩展寿命明确表示,并且为现役压力容器的安全评定提供一定的理论依据。     

考虑骨料类型的沥青混合料疲劳预估模型

为了更准确预测不同骨料类型沥青混合料的疲劳性能,本研究基于JTG D50—2017《公路沥青路面设计规范》中的疲劳预估模型(JTG模型)进行了深入探讨。采用均匀试验设计法,对AC-16C型沥青混合料进行了四点弯曲小梁疲劳试验。通过67组玄武岩、石灰岩和花岗岩沥青混合料的疲劳数据,对JTG模型参数进行了修正。研究发现：(1)简化的JTG模型适用于沥青混合料疲劳寿命预估,不同骨料类型对模型参数a的取值有影响;(2)玄武岩沥青混合料疲劳寿命最长,石灰岩最短,花岗岩居中;(3)修正后的JTG模型与实际疲劳试验数据高度吻合。本研究为沥青混合料的疲劳性能提供了更为精确的预估模型。     

高载比和高载出现频率对随机加载疲劳裂纹扩展行为的影响

陈述了以１６Ｍｎ钢紧凑拉伸试进行的变幅加疲劳裂纹扩展行为研究。通过改变瑞利分布随机荷载谱的高荷载比和高荷载出现频率，改变得复单峰过载谱中高载出现频率，研究了这些因素对疲劳裂纹扩展和寿命的影响。实验表明：随机加载条件下，高荷载对裂纹扩展的影响没有单峰过载加载时大；高载比和高载出现频率是影响裂纹扩展的重要因素；在实验随机加载条件下；高载比和高于２．０时，高荷载才对裂纹扩展有明显的迟滞作用，高载比小于２     

钢桥荷载谱中高荷载对疲劳裂纹扩展的影响

陈述了在随机加载条件下，Ｒａｙｌｅｉｇｈ分布荷载谱中高荷载对１６Ｍｎ钢疲劳裂纹扩展影响的研究。实验表明，在比较接近钢桥服役条件的荷载谱中，高荷载循环加速了疲劳裂纹扩展，缩短了裂纹扩展寿命。     

基于统计学的再生沥青混合料疲劳寿命研究

为研究沥青路面回收料(RAP)掺量、温度、行车速度、车辆轴重对再生沥青路面疲劳寿命的影响,通过开展多因素(RAP掺量、试验温度、加载频率、控制应变)多水平的再生沥青混合料小梁四点弯曲疲劳试验,采用统计学方法分析了RAP掺量、试验温度、加载频率、控制应变对再生沥青混合料疲劳寿命与疲劳方程回归参数的关系。结果表明:RAP掺量、控制应变、加载频率、试验温度对疲劳寿命影响的显著性均大于95%,但RAP掺量与其他三因素的交互效应显著性(并)不明显;四因素对再生沥青混合料疲劳寿命的影响程度为控制应变试验温度 RAP掺量试验频率;通过|k|,m值对疲劳寿命随因素变化的分析结果与疲劳寿命随因素变化趋势相同,通过|k|与m值对再生沥青混合料抗疲劳性能进行分析更全面、准确。此外,分析发现,基于应变的疲劳方程的回归参数|k|与m值和RAP掺量存在线性关系,研究再生沥青混合料疲劳寿命时,可将RAP掺量引入疲劳方程。     

沥青混合料疲劳损伤参数的反演与验证

采用应力—损伤全耦合的方法,以断裂韧度为阀值,基于试验数据反算了损伤演化方程的参数,并用不同加载应力比的试验数据验证了反算参数的寿命预估精度,结果表明:本构模型中包含损伤演化方程的有限元仿真能够模拟沥青混合料小梁试件的疲劳损坏现象,并且可确定沥青路面结构中疲劳材料参数的室内试验方法。     

基于离散元法空隙分布对沥青混合料剪切疲劳寿命影响研究

基于嵌入BUGERS模型的三维离散元,建立了重复单轴贯入试验模型,研究空隙特征对于沥青混合料的剪切疲劳寿命的影响。研究结果表明,考虑空隙特征与否都能通过三维离散单元法对沥青混合料疲劳寿命进行模拟。考虑空隙特征即考虑空隙实际尺寸与分布状态的模拟方式与实验结果更接近;并且沥青混合料的疲劳寿命与试件的级配、温度、空隙率有关;随着级配的增大,沥青混合料疲劳寿命增大;随温度升高,沥青混合料疲劳寿命减小、随试件的空隙率的增大沥青混合料疲劳寿命减小,其中温度因素影响显著。     

钢筋蚀坑对其疲劳断裂特性的影响

基于降载勾线法,对人工钻孔模拟蚀坑的3根HPB300钢筋试件开展了疲劳裂纹扩展试验,并结合FRANC3D软件对钢筋疲劳裂纹扩展规律进行了数值分析.在此基础上,以不同应力幅值对12种尺寸的半椭圆形蚀坑钢筋模型的裂纹扩展过程进行了数值分析.结果表明:钢筋裂纹扩展速率前期缓慢增长,后期迅速增大;初始裂纹深度较大的钢筋疲劳寿命明显缩短;初始裂纹深宽比越大的钢筋疲劳寿命越短;应力幅值增大会使缺陷钢筋疲劳寿命缩短,并且初始裂纹深宽比越大的钢筋,其后期裂纹扩展速率增长越快,疲劳寿命缩短越明显.     

掺不同温拌剂沥青混合料的动态模量及疲劳特性

应用简单性能试验机(SPT)分别对掺不同温拌剂(Leadcap,Sasobit和ZQ-WB3温拌剂)沥青混合料及热拌沥青混合料在不同温度和加载频率时的动态模量、相位角进行测定与研究,并通过四点疲劳试验(应变控制模式)分析掺不同温拌剂沥青混合料的疲劳寿命.结果表明:随着温度降低或加载频率升高,掺不同温拌剂沥青混合料的动态模量增大;温度为37℃或54℃时,掺Leadcap或Sasobit温拌剂沥青混合料相位角出现峰值时的加载频率较掺ZQ-WB3温拌剂沥青混合料小;温拌剂对沥青混合料疲劳寿命有很大影响,掺ZQ-WB3温拌剂沥青混合料平均疲劳寿命最短,掺Leadcap温拌剂沥青混合料平均疲劳寿命最长.     

温拌胶粉改性沥青混合料疲劳性能

为研究250μm(60目)胶粉、混合目胶粉及表面活性剂型温拌剂的掺入对沥青混合料疲劳性能的影响,进行了小梁四点弯曲疲劳试验,同时结合能耗理论对试验数据进行分析,得到耗散能相对变化率（RDEC）,并以此作为评价标准对沥青混合料的疲劳损伤3阶段进行了验证.结果表明：不论是何种改性剂或是否掺入温拌剂,沥青混合料达到疲劳破坏时的累积耗散能Wf与疲劳寿命Nf在双对数坐标下均呈良好的线性关系,且此线性关系不受试验条件影响;文中4种沥青混合料均呈现出Wf随应变水平增加而减小的规律,且各沥青混合料随着应变水平的增加,其Nf之差、Wf之差不断减小;用2种胶粉改性剂制得的沥青混合料中,混合目胶粉改性沥青混合料的疲劳性能更优;同种沥青混合料掺入温拌剂后,其疲劳性能均得以提高;RDEC指标验证了现行规范中将50%初始劲度模量所对应的加载次数作为沥青混合料的疲劳寿命时,仅经历了疲劳破坏的前2个阶段,并未完全发挥出沥青混合料的路用性能.     

混凝土疲劳寿命的尺寸效应

以弹塑性断裂理论为基础 ,提出了基于J积分的疲劳裂纹扩展率工程计算方法 ,并推导出了D M模型下的疲劳寿命工程计算公式 ,此公式涉及到尺寸对于寿命的影响 ,并得出了混凝土疲劳寿命的尺寸效应     

CFRP-OFBG板加固损伤钢梁抗弯疲劳试验及其寿命预测研究

为研究采用碳纤维增强复合材料(CFRP)加固后钢梁的疲劳性能,采用自主研发的具有自监测性能的智能碳纤维-光纤光栅板(CFRP-OFBG板)加固受损钢梁,在完成常幅荷载四点弯曲疲劳试验的基础上,研究不同应力幅作用下CFRP-OFBG板加固钢梁的疲劳性能。借助有限元方法,建立“三维实体”有限元模型,结合J积分计算方法求解得到加固钢梁裂纹尖端的应力强度因子,基于线弹性断裂力学理论建立疲劳裂纹扩展模型,对CFRP-OFBG板加固钢梁的疲劳裂纹扩展寿命进行预测。研究表明：CFRP-OFBG板的加固作用可有效提高受损钢梁的疲劳寿命,延缓裂纹扩展速率,改善裂纹尖端的受力状态,降低裂纹尖端的应力强度因子;在循环荷载作用下,CFRP-OFBG板加固试件的疲劳寿命均随着应力幅的增大呈现递减趋势。将试验结果与预测结果相比较,发现加固试件疲劳寿命预测值比试验值略高,分析认为,这主要是因为在有限元模拟时没有考虑到试验中CFRP-OFBG板的局部剥离。     

变幅荷载中次高荷载对疲劳裂纹扩展的影响

通过１６Ｍｎ钢紧凑拉伸试件的变幅加载疲劳裂纹扩展试验，研究了次高荷载对裂纹扩展的影响。研究结果表明，次高荷载降低了最高荷载对裂纹扩展的迟滞效应，次高荷载值越接近最高荷载，降低迟滞的作用越大。次高荷载的这种作用可以解释单峰过载和随机加载裂纹扩展的很大差异。     

沥青混合料疲劳损伤的非线性分析

为了研究沥青混凝土疲劳过程中的非线性特性,对沥青混合料小梁试件进行疲劳试验,试验时考虑温度、应力比与加载间歇时间等因素.根据试验结果,对损伤因子与临界损伤因子进行了分析,通过ExpAssoc函数拟合得到了以各试验条件为参数的损伤因子本构方程.研究发现沥青混合料临界损伤因子与疲劳寿命之间存在单对数的线性关系;通过回归分析得到了二者之间的函数关系式.     

厂拌热再生沥青混合料力学性能及应用研究

通过室内试验测定了沥青路面回收料(RAP)中回收沥青的性能和集料级配;通过规划求解及马歇尔试验确定了AC-13型和AC-16型再生沥青混合料的配合比及新添沥青用量,并通过车辙试验、冻融劈裂试验和小梁低温弯曲破坏试验对其力学性能进行了评价;测试了AC-16型再生沥青混合料不同温度、不同RAP掺量(质量分数)、老化前后及添加再生剂前后的劈裂强度和抗压回弹模量,并采用万能材料试验机UTM对该混合料进行了间接拉伸疲劳试验.结果表明:随着RAP掺量的提高,再生沥青混合料的动稳定度增大,单次冻融循环残留强度比略微增加,多次冻融循环残留强度比快速衰减,低温抗裂性变差;抗压回弹模量呈线性递增,劈裂强度在不同参数下表现出不同的规律,而疲劳寿命及其对应力的敏感度均呈下降趋势.最后,结合试验路段对上述试验结果进行了验证.     

钢渣沥青混合料疲劳性能及改善机理

采用钢渣替代部分粗集料,制备了4种钢渣掺量的沥青混合料,并对其进行不同应变水平下的四点弯曲疲劳试验,分析钢渣掺量和应变水平对混合料疲劳性能的影响,以揭示疲劳性能改善机理.结果表明:随着钢渣掺量的增加,沥青混合料疲劳寿命呈先增加后降低的趋势,峰值出现在钢渣掺量为30%(质量分数)时;钢渣沥青混合料初始劲度模量和疲劳寿命均随着应变水平的增大而降低;疲劳损伤演化过程可分为失稳、平衡、失效3个发展阶段,疲劳失效劲度模量衰减比S_r/S_(50)小于50%,并随着应变水平的增大而逐渐减小;疲劳裂纹扩展主要发生在矿料-沥青界面处,且受应变水平影响较大;钢渣的化学性质和表面构造在改善界面相结构方面起到了交互黏附和嵌入锚固作用,用钢渣作为粗集料可显著提升沥青混合料的疲劳性能.