基于改进内聚力模型的沥青超薄罩面层间失效行为分析

为了准确预测沥青超薄罩面层间失效行为,在考虑层间黏结应力与摩擦效果耦合作用的基础上,引入改进内聚力模型表征界面接触特性,基于沥青超薄罩面直剪试验进行数值模拟,描述沥青超薄罩面层间失效行为演化特征,通过直剪试验验证改进内聚力模型的可靠性.研究结果表明：层间黏结应力和层间摩擦系数由摩尔-库伦理论拟合直剪试验结果得到;沥青超薄罩面界面的切应力与剪切位移的关系分为切应力应变弹性强化、切应力应变软化及残余应力应变阶段;选择临界断裂能作为评价沥青超薄罩面层间失效行为的指标,该指标的数值随正向应力的增大而增加;数值模拟结果与试验结果一致度较高,验证了使用改进内聚力模型进行沥青超薄罩面层间剪切破坏行为研究的可行性.     

异形充填节理剪切破坏宏细观机理及强度模型

为探究异形充填节理面在剪切过程中的宏细观行为,本文基于二维颗粒流程序PFC~(2D)生成9种上下面不同粗糙度的充填节理面组合并进行模拟。研究结果表明:异形充填节理面宏观破坏过程中,首先是充填物两侧发生局部破坏,随后节理边缘开始出现裂隙,最后是充填物与节理之间的黏结面发生破坏;细观破坏过程中,首先是两侧颗粒发生移动,中间颗粒由于充填物的黏结作用,位移较小,但随着剪切进行,黏结面发生破坏,试件内部颗粒位移差逐渐消失,表现为上部试件整体位移。模拟过程中异形充填节理面峰值剪切强度受两侧节理面粗糙度影响,呈现出粗糙度越接近强度越高的规律。通过简化模型改进了一种新型充填节理面峰值剪切强度公式,为下一步的研究提供了理论基础。     

胶凝砂砾石材料宏细观参数及破坏模式研究

采用颗粒离散元方法对胶凝砂砾石材料开展了大量压缩试验,探讨了胶凝砂砾石材料的细观参数和宏观力学参数间的相关性。研究结果表明:材料的弹性模量E与平行黏结法向刚度■和切向刚度■、接触黏结法向刚度k_n、平行黏结黏聚力■呈线性相关,与摩擦系数f呈非线性相关;应力峰值σ_d与接触黏结切向刚度k_s呈线性关系,应力峰值σ_d与平行黏结抗拉强度■、■、f呈非线性关系;结合室内试验,得出了适合胶凝砂砾石材料的细观参数。在此基础上,进一步从细观角度揭示了材料的破坏演化过程。从细观试验来看,试件内部每一次裂纹的产生均伴随着应力降,试件的破坏是一个由内向外发展的过程;第一条主裂缝的贯通出现在峰值应力后,伴随着应力降,裂缝宽度逐渐增大,由于试件受力部位的转移导致第二条主裂缝的贯通,试件最终呈共轭型破坏。     

级配碎石层协调沥青混合料层温度收缩变形行为

为揭示级配碎石基层与沥青混合料面层的温度收缩协调变形规律,本文采用动静态应变采集系统实时获取沥青混合料层的温缩应变,基于PFC6.0 Suite和FLAC3D构建了组合结构连续-离散耦合模型,探究了级配碎石层与沥青混合料层温缩协调变形宏观和细观响应规律。研究结果表明:连续-离散耦合模型与室内试验的吻合度相比连续介质模型高,温缩系数相对误差最大为8.1%;沥青混合料及其组合试件温缩应变-时间关系曲线均呈先快后慢的非线性变化规律,沥青混合料类型及降温温差对级配碎石的约束作用基本无影响;组合试件温缩变形主要发生在前1 h内,沥青混合料层整体由“翘起”状逐渐过渡到“平缓”状;级配碎石层通过颗粒向内挤压运动,使两端松散膨胀及颗粒接触重组来实现与沥青混合料层的协调变形。本文从宏观应变响应与空隙率、配位数及三维组构细观响应揭示温缩协调变形机制,研究结果可为级配碎石基层沥青路面低温抗裂研究提供理论参考。     

矿粉宏细观特征耦合对沥青胶浆低温性能的影响

分析了矿粉填料宏观掺量与其细观特征耦合效应对沥青胶浆低温性能的影响,并确定了矿粉宏观掺量。基于Rigden空隙率测试原理确定单位质量矿粉中所含有的细观空隙。基于临界破坏及疲劳破坏控制指标的变化规律,确定了不同低温条件下胶浆中结构沥青与自由沥青的最佳比例,并据此确定了最佳粉胶比。结果表明:从结构沥青与自由沥青比例的角度出发可以建立矿粉宏观掺量与其细观粉体特征的耦合。本文研究成果对于提升沥青胶浆低温路用性能具有重要意义。     

设同步碎石下封层的基面间剪切强度影响因素分析

旨在考察设同步碎石下封层的基面间剪切强度的影响因素及影响规律,变化沥青种类和用量、碎石粒径和撒布率成型复合试件,采用直剪仪测试不同温度及试验荷载下的剪切强度。研究结果表明:层间剪切强度随沥青用量呈先增加后减小的变化趋势,峰值处为最佳沥青用量;在碎石粒径与撒布率相同的情况下,不同种类沥青的最佳沥青用量及最大抗剪强度有差异,抗剪强度最大的为SBS改性沥青,抗剪强度最小的为基质沥青;碎石撒布率对层间剪切强度有明显的影响,5~10mm、10~15mm碎石的最佳撒布率为60%和30%;碎石粒径对剪切强度和沥青用量有重大影响,推荐5~10mm粒径的碎石作为同步碎石下封层的最佳粒径;随着试验温度升高,层间剪切强度降低;随着试验试件上正压力的加大,层间剪切强度增强,试验结果偏离实际情况,因此推荐合理试验温度为60℃、试验时试件上正压力为0MPa。     

混凝土双轴压-压细观统计损伤本构模型

细观损伤机制对混凝土材料宏观力学性能产生重要的影响。基于细观统计损伤理论及宏观试验现象,建立了混凝土双轴压-压细观统计损伤本构模型。考虑断裂、屈服两种细观损伤因素,损伤演化过程由主方向的压应变驱动;引入等效传递拉损伤应变的概念,受压方向的压损伤由侧向拉损伤应变控制。采用本文模型对双轴压-压应变比例加载路径下应力-应变曲线形成的包络面进行了预测,提取出双轴压-压强度包络线;从双轴强度、变形特性、包络面形状等角度对材料的双轴压缩损伤机制进行探讨。结果表明：该模型能够有效模拟双轴压-压加载情况下混凝土材料宏观力学行为,能够揭示细观损伤演化机制;细观屈服损伤模式在材料变形破坏过程中起到决定性作用,将整个变形过程分为统计均匀损伤及局部破坏两个阶段;区分峰值应力状态和局部破坏的临界状态,建议后者作为本构模型的最终破坏点。     

大跨径混合梁斜拉桥钢箱梁与钢混结合段桥面铺装力学特性对比分析

根据大跨径混合梁斜拉桥九江长江公路大桥箱梁结构特征,采用通用有限元软件Abaqus分别建立了钢箱梁与钢混结合段的铺装结构有限元模型,对比分析了胎压为0.7 MPa和1.0 MPa作用下两种节段铺装结构层的力学响应分布规律。计算结果表明:钢箱梁铺装层的最大横向拉应力要大于最大纵向拉应力,最大层间剪应力出现在横隔板上方加劲肋两侧区域。钢混结合段铺装层的最大横向拉应力、层间剪应力以及最大竖向位移均发生在钢混结合段与钢箱梁段的接合面处。钢箱梁铺装层的主要力学控制指标值均明显大于钢混结合段铺装。研究结果可为钢箱梁桥与钢混梁桥的铺装设计提供力学计算依据。     

新型钢桥面铺装结构的力学性能分析

针对目前正交异性钢桥面铺装层常见的裂缝、推移、局部拥包等破坏形式,应用有限元法对新型桥面铺装结构,分析不同位置的荷载对铺装层最大拉应力和表面最大竖向位移、最大剪应力的影响,并与传统的沥青混凝土铺装结构进行对比分析。分析结果表明：采用新型的铺装结构比沥青混凝土铺装结构的最大拉应力、表面最大竖向位移、铺装层表面和底面的最大剪应力都有一定程度的降低,因此能较好的控制钢桥面铺装层的破坏。在采用新型桥面铺装结构时应以铺装层横向最大拉应力、最大横向剪应力作为铺装层开裂破坏控制指标。研究结果可以为大跨径钢箱梁桥面铺装设计提供理论参考.     

连续配筋混凝土机场道面节点的动载响应分析

针对连续配筋混凝土机场道面,建立有限元模型,并用ANSYS软件进行模拟分析．在移动荷载作用下,机场道面的面层上部节点竖向位移、应力最大,结合部位属于薄弱层,最容易破坏,交变的水平及横向应力是引起道面破坏的主要因素;节点塑性应变集中发生在面层中间节点附近,竖向最大,几乎是其余两个方向的两倍,水平向最小．钢筋单元应力时程曲线中,研究点最近的横向钢筋单元应力最大,且钢筋单元的应力远小于钢筋抗拉强度．     

三轴移动载荷对半刚性路面性能影响分析

为研究多轴车辆移动载荷对半刚性路面性能影响规律,针对半刚性路面的特点,依据弹性层状体系理论,将半刚性路面的沥青层、半刚性基层、半刚性底基层及土基层按线弹性考虑,建立了半刚性路面的三维有限元分析模型,分析了车辆三轴移动载荷对半刚性路面性能影响。结果表明,3轴载荷作用下路面应力变化与车辆轴数有关,当车桥依次驶过路面时,路面应力出现3次突变,沥青层三向压应力、半刚性基层和底基层的垂直压应力、横向拉应力和水平拉应力均增大,最大拉应力出现在半刚性基层和底基层结合处;前轴驶过时轮迹带中心区域各层的横向剪应力最大,后轴驶过时轮迹带边缘区域各层的横向剪应力最大,最大值出现在沥青层底部;中轴驶过时路面各层的水平剪应力最大,最大值也出现在沥青层底部。因此,设计路面结构时,半刚性基层和半刚性底基层应选取抗弯和抗拉强度较高的材料,并应加强沥青面层的抗剪强度。     

半刚性路面TDC成因的有限元分析

沥青路面向下扩展裂纹(Top-down Cracking,简称TDC)是导致沥青路面破坏的原因之一,也是目前道路工程领域研究的热点.为探讨TDC成因,建立了路面结构的三维有限元模型,并采用大型有限元软件进行计算.计算结果表明,在假定的车轮荷载作用下,路面结构最大剪应力发生在路面表层,位置在轮迹边缘,其大小接近或超过常温下沥青混合料的抗剪强度,是导致半刚性路面产生TDC的主要原因.     

SEAM改性沥青流变特性

采用动态剪切流变试验测试了沥青胶浆在原始状态、旋转薄膜老化状态及压力老化状态下的复数模量、相位角、车辙因子、疲劳因子。采用弯曲梁流变试验测试了沥青胶浆的蠕变劲度及蠕变劲度变化率。结果表明,长期老化后,改性剂质量分数为10%的SEAM改性沥青车辙因子显著增强,且疲劳因子满足SHRP沥青胶结料规范。随着改性剂含量的增加,沥青蠕变劲度增加,蠕变劲度变化率降低。综合分析上述各项流变指标可知,SEAM改性剂对沥青流变特性影响显著,适当含量(质量分数为10%)的SEAM改性剂可以有效改善沥青流变效果,而高含量(质量分数为20%以上)的SEAM改性剂会使沥青流变效果降低。     

超硬质沥青改性结合料流变性能分析

为研究超硬质沥青(super hard asphalt,SHA)对超硬质沥青结合料的高、低温流变的影响效果,采用SHA作为改性剂对AH-90道路石油沥青进行改性,制备了不同质量分数（5%、6%、7%和8%）的SHA改性结合料,并进行动态剪切流变试验、多应力蠕变恢复试验及小梁弯曲蠕变试验. 试验结果表明:其适用于时温等效原理;SHA的掺入会有效提高沥青结合料的车辙因子G^*/sin δ,沥青混合料的高温性能得到明显改善;随着SHA掺量的增加,沥青结合料的平均应变恢复率R逐渐升高,不可恢复蠕变柔量J_nr逐渐降低,掺加SHA有利于提高沥青结合料高温抗变形能力与变形恢复能力;随着SHA的掺入,沥青结合料的蠕变劲度S与蠕变劲度变化率m变化幅度不大,对沥青结合料的低温抗裂性能影响不大. SHA改性沥青结合料高温抗车辙性能优异,低温性能相对于基质沥青PG分级保持不变.     

Rheological behavior of basalt fiber reinforced asphalt mastic

The characters of basalt fiber are analyzed and compared with commonly used fibers. The rheological behaviors of the basalt fiber reinforced asphalt mastic are investigated by the dynamic shear rheological tests and the repeated creep tests. The results show that basalt fiber has excellent reinforced performances, such as high asphalt absorption ratio, low water absorption ratio, high tensile strength, high elastic modulus and high temperature stability. The rutting factor of the fiber reinforced asphalt mastic is higher than the plain asphalt mastic and the reinforced effects are more remarkable under high temperature. The rheological performances of the asphalt mastic demonstrate a good linear relationship between different temperature and loading frequency. The creep stiffness modulus of the asphalt mastic at different loading time can be expressed by power function. Improved Burgers model is used to represent the rheological behaviors of the asphalt mastic with basalt fiber and the model parameters are estimated.     

基于DMA方法的沥青胶浆微观结构

采用动态力学分析(DMA)方法对沥青胶浆的微观结构进行了研究,通过对沥青胶浆的动态黏弹性能的变化规律以及Han曲线的温度依赖性进行分析。比较了沥青胶浆和改性沥青胶浆的相态结构的区别,并且根据沥青及沥青矿粉胶浆的损耗因子tanδ计算出参数A,用来评价沥青与胶浆的界面粘结程度。研究结果表明了用DMA方法可以很好地研究沥青胶浆的微观结构,从而为更好地改善沥青胶浆的路用性能提供了理论依据。     

金刚石刀具前角对超精密切削过程影响的有限元分析

基于大变形有限元理论和更新的拉格朗日方程式,建立热机械耦合的平面应变正交切削模型,并利用通用的商业有限元软件,对6061铝合金的超精密切削过程进行有限元仿真．分析金刚石刀具前角对切削力、切屑变形、切屑根部最大应变、作用于前刀面最大压应力和切削温度分布的影响．结果表明：随前角由负向正变化,切屑厚度变小而长度变长、切屑的曲率半径随着变小,切削力和切屑一刀具接触面上最大压应力则随之下降,刀尖附近的切削温度逐步上升,但切屑根部的最大应变则保持不变．以此优选金刚石刀具前角．     

桥面铺面防水粘结层胶结材料洒布量的确定方法

为确定桥面铺面防水粘结层胶结材料洒布量,采用橡胶沥青和两种典型的沥青混合料,通过设计直向剪切试验和斜向剪切试验研究桥面防水粘结层的力学性能,分析不同因素对于防水粘结层剪切性能的影响．试验结果表明,加载速率的提高,粘结层最大剪切应力有呈线性增大的趋势;采用不同温度的对比试验,同样发现随温度的升高,其抗剪切能力显著衰减．可以通过剪切试验的剪应力和变形能两个指标评价其剪切性能．     

钢骨钢纤维高强砼井壁水平承载特征的计算和试验

运用数值计算和模型试验方法对钢骨钢纤维高强混凝土复合井壁结构的水平承载特征进行了研究.数值计算中,井壁厚度与外半径之比、竖向应力与单轴抗压强度之比、配筋率及相邻两层钢骨之间净距与井壁厚度之比对其水平极限承载能力影响较显著;通过计算结果的回归分析,得到了其水平极限承载能力的计算公式.模型试验及分析表明:在竖向荷载加载阶段,钢骨和混凝土能协同变形;水平荷载加载阶段,钢骨应变达到屈服应变后,钢骨表现出一定的塑性流动或强化变形特征;井壁结构破坏时,钢骨和混凝土的切向应变值多为-2.3×10-3～-3.0×10-3;该种井壁结构的水平极限承载能力可运用数值计算方法进行估计.