基于离散元的沥青混合料细观力学研究进展

介绍了离散元在沥青混合料细观力学研究方面的最新进展,具体阐述了沥青混合料离散元建模方法,并根据目前研究的不足之处,预测了基于离散元的混合料细观力学的发展方向,以期促进基于离散元的混合料细观力学研究。     

带裂缝服役混凝土结构力学性能的多尺度模拟方法

为了研究既有裂缝及其扩展对服役混凝土结构力学性能的影响,建立了以随机骨料和黏结单元为基础的细观结构黏聚区模型,并进一步建立了带裂缝混凝土梁的一致多尺度等效模型。在开裂区域引入符合牵引分离准则的黏结单元来考虑裂缝的随机扩展,通过随机骨料投放来模拟骨料、砂浆等混凝土的细观结构组成。采用已有试验结果对细观结构黏聚区模型进行了验证,该方法能够模拟混凝土裂缝的随机扩展及其应力-应变全过程曲线。然后,对不同裂缝深度的混凝土试件进行单轴拉伸试验的数值模拟,采用一致多尺度模型对不同裂缝深度的混凝土梁进行模拟,并对其计算效率和精度进行了比较。结果表明：对于初设裂缝深度小于0.3h(h为混凝土试件高度),试件尺寸对混凝土抗拉强度的影响很小,而当初设裂缝深度大于0.3h时,试件尺寸对混凝土抗拉强度的影响明显;随着初设裂缝深度的增加,混凝土的抗拉强度和弹性模量以及混凝土梁的抗弯刚度、受弯承载力逐渐减小;在不同区域采用不同控制尺度建立的一致多尺度细观结构等效模型能够模拟混凝土梁的裂缝及其随机扩展,并且能在不显著影响其计算效率的情况下保证其计算精度。     

多尺度纳米材料对沥青流变和老化性能的影响

采用布氏旋转黏度、动态剪切流变和弯曲梁流变试验,同时结合红外光谱试验对比研究了多尺度纳米材料对不同老化状态下4种沥青——SK-70和Alfa-70基质沥青、SBR和SBS改性沥青(SBRMA, SBSMA)流变性能的影响.结果表明:4种沥青经多尺度纳米材料改性后,布氏旋转黏度、复数模量及车辙因子均得到不同程度的提高;长期热氧和光氧老化后的疲劳因子降低,即抗疲劳性能得到改善,且对SBRMA的改善最明显.相比未改性沥青,多尺度纳米材料改性后4种沥青在各种老化方式下的复数模量老化指数均降低,而且SBSMA和SBRMA这2种聚合物改性沥青老化前后的丁二烯指数差值也降低,即4种沥青的耐热氧和耐光氧老化性能同时得到有效改善,且对SBRMA的改善效果最好.多尺度纳米材料提高了2种基质沥青的低温连续等级温度,但同时在一定程度上降低了2种聚合物改性沥青的低温连续等级温度.     

结构健康监测信息的多尺度分析

采用离散Kalman滤波和小波多尺度分析动态融合数据,来提高目前结构健康监测信息的完备性和精确性.以一个受外荷载作用的三层框架为例,对结构进行了数值模拟.首先采用Mallat小波算法,对信号进行多尺度分解,把分解的数据通过传感器动态信号的独立离散Kalman滤波估计结构振动信息;最后融合传感器的估计结果,数值仿真的结果验证了算法的有效性.通过误差分析,给出了具有工程实际意义的结论.     

干湿循环效应下花岗岩残积土结构损伤的多尺度研究

为了明晰炎热多雨气候对花岗岩残积土结构的损伤特征，对0～8次的干湿循环过程中的原状样开展三轴固结不排水剪切(CU)、计算机层析识别(CT)、核磁共振(NMR)与扫描电子显微镜(SEM)试验，从宏观–细观–微观尺度分析土体的损伤机制。结果表明：干湿循环损伤效应在宏观上表现为强度的衰减，细观上表现为裂隙的发展，微观上表现为颗粒与孔隙结构的演变；有效黏聚力和有效内摩擦角随着循环次数增加呈指数型的衰减规律，但黏聚力的衰减幅度明显更高；细观裂隙的发展过程可以划分为萌发期(0～1次循环)、发展期(2～5次循环)和稳定期(5～8次循环)；孔隙体积分布曲线呈双峰分布，根据孔径大小将孔隙分为4个类别，随着循环次数增加，微孔的体积占比降低，中孔和大孔的体积占比增加；黏土颗粒在干湿循环过程中逐渐疏松，粒间孔隙不断扩张、贯通，形成连通裂隙；在干湿交替过程中，浸水时亲水性黏土矿物发生膨胀，干燥时微观拉应力增加，同时胶结物质分解流失，3种因素共同驱动细观裂隙的扩展和连通，引起结构的疲劳损伤，最终导致宏观力学性能的衰减。该研究成果可为花岗岩残积土力学特性与环境损伤效应的认识提供有益参考。     

混凝土多尺度特征与多尺度纤维增强理论研究进展

结合混凝土的多尺度特征与多尺度纤维增强理论,阐述了开展多尺度纤维增强混凝土研究的意义,总结了国内外对于混凝土多尺度特征与采用多尺度纤维增强混凝土的研究现状,设计了一种新型的多尺度纤维体系增强水泥基复合材料。     

列车振动下隧道与土体响应的双尺度耦合模拟

 对于土体离散–连续耦合问题,给出通过强化边界耦合力在离散和连续模型中的相容性,将提取边界耦合节点力转化为寻优问题的新方法,并用Lagrange乘子法求解。将此方法嵌入离散–连续双尺度耦合动力模型,模拟列车振动下隧道与土体的动力响应。用相互作用的离散颗粒模拟隧道附近土体,远离隧道的土体用连续模型模拟,编写结构的动力有限元程序嵌入离散元软件中来模拟隧道。通过离散元软件PFC2D和有限差分软件FLAC2D的交互运算实现耦合过程。在耦合边界通过交换速度和力保证耦合模型的连续性,通过自振柱模拟使离散区域土体的宏观性质与连续土体模型一致。通过比较耦合方法与只用连续模型模拟得到的结果,说明提出方法的有效性。双尺度耦合模型可以有效描述动力响应中隧道附近土体的细观特性,并极大降低离散元的模拟规模,减少模拟时间,适用于振动在半无限体中传播时重点考察区域土体的细观分析。     

混凝土结构空间多尺度相对湿度值

针对环境作用具有空间分布特性,借鉴空间多尺度环境作用模型框架(包括全局环境、地区环境、工程环境、构件表面环境、内部环境)及其数学模型,对相对湿度进行了空间多尺度研究：在分析空间各尺度上相对湿度的不同影响因素的基础上,由全局环境尺度开始,通过地区环境尺度、工程环境尺度以及构件表面环境尺度上环境因素的逐步调整,最终计算得到混凝土内部的相对湿度值。研究结果表明,采用“常规统计模型+空间残差”的方法,可有效建立地区环境尺度上的相对湿度值与工程环境尺度上相对湿度值的定量关系;混凝土结构构件的表面相对湿度与表面温度有关;实际工程结构应考虑构件表面相对湿度与内部相对湿度之间的不同。     

基于多尺度细观力学方法计算水泥基材料的导热系数

基于Eshelby等效夹杂理论和水泥基材料微观结构多尺度特征,从细观力学的角度,研究了水泥基复合材料的热力学性能,推导出了水泥基复合材料的导热系数细观力学一般表达式.借助Mori-Tanaka均质化方法,计算了不同化学组分、水灰比和养护龄期的水泥基复合材料导热系数,并研究了孔隙饱和度的影响.将研究结果与参考文献中的测量值进行综合对比后发现,基于多尺度细观力学的计算方法适用于不同饱和度水泥基复合材料导热系数的评估和计算;所得结果可进一步用于不同原材料和养护条件下水泥基复合材料导热系数及其他热力学参数的精确计算.     

装配整体式框架结构多尺度分析和力学性能研究

以某装配整体式钢筋混凝土框架结构为例,结合有限元程序ABAQUS,建立该结构的多尺度有限元模型,利用MPC多点约束方式实现多尺度界面连接,同时建立精细化实体单元模型和宏观梁单元模型作为对比参照.以结构试验为基础,从结构振动模态分析、静力弹塑性分析、动力学时程分析三个方面考察了这三种模型的计算精度、效率及该装配式结构的力...     

沥青混凝土路面施工中离析现象分析及处理措施探讨

本文结合工程实例,从公路工程沥青混凝土施工中的离析现象的原因分析入手,并在具体科学计算的基础上,从各个方面详细分析介绍了沥青路面施工中离析现象,针对性地提出了具体解决措施,对其施工技术进行探讨。     

沥青混凝土路面主要病害的防治

本文针对沥青混凝土路面出现的主要病害,提出相应的防治措施,并阐述了如何做好道路病害的综合治理防范工作,以供参考.     

沥青混凝土路面施工质量控制探析

沥青混凝土路面施工建设需要适时地引入新的理念和新的政策，以全面提升施工质量和效益。文章对施工过程当中的人员配置以及各个沥青混凝土施工环节的控制方式进行了细致地研究，旨在不断促进沥青混凝土施工效益的提升。     

探讨沥青混凝土路面公路施工技术

沥青混凝土路面是公路施工中比较常见类型,这种材料的路面强度比较高,抗压能力强,可以有效的延长公路的使用寿命。沥青混凝土路面在施工的过程中,工序较为复杂,而且需要应用多项施工技术,为了保证施工的质量,施工单位必须积极引进先进的技术以及设备,还要提高施工人员的技术水平,做好监督与管理工作,这样才能保证每道工序的顺序进行,才能做到对工作流程的优化。随着城乡一体化建设速度的较快,城市建设部门增加了道路工程的数量,并且提高了对公路施工质量的要求,这对改善我国交通拥堵的现状有着积极影响。     

浅析透水沥青混凝土

在城市的建设中,道路的施工在城市建设中占据着十分重要的位置。在我国现代化城市的建设中,沥青混凝土占据了主导的地位,但就目前其在使用过程中仍会出现一些问题。本文针对新型筑路材料透水沥青混凝土展开分析探讨。     

旧水泥混凝土路面加铺改性沥青混凝土面层的道路改造应用

文章介绍了合肥市对城市道路进行的大面积改造工程中。采用沥青混凝土面层作为旧路面的加铺层的应用情况以及施工工艺。应用情况表明．改性沥青混凝土路面对高温防车辙、低温抗裂缝、延缓表面功能衰减具有显著效果。     

旧水泥混凝土路面加铺沥青混凝土面层的探讨

结合诸城市206国道旧水泥混凝土路面加铺沥青混凝土面层的改造工程实践,介绍了加铺层设计中合理确定加铺层厚度、改善加铺层性能、设置中间应力吸收层、处理好旧水泥混凝土路面等关键技术。该工程取得了良好的效果,积累了成功的经验。     

沥青混凝土路面在超载下的力学分析

用三维有限元方法,分析了半刚性基层沥青混凝土路面在额定荷载、超载40%、超载80%结构应力分布,并通过计算结果数据论证了超载确实对沥青路面结构造成很大的损害。     

沥青混凝土非均质性对其蠕变行为的影响

为研究非均质性对沥青混凝土蠕变行为的影响,对沥青混凝土单轴蠕变试验进行了三维离散元模拟.生成了包含粗集料、沥青砂浆及空隙在内的沥青混凝土三维离散元数字试件,对数字试件微观组成材料之间的接触赋予了相应的微观接触模型,并通过室内试验对此模型进行了验证.在此基础上,假定粗集料刚度和沥青砂浆微观黏弹性参数服从Weibull分布,研究了粗集料和沥青砂浆的非均质性对沥青混凝土蠕变行为的影响.结果表明:随着粗集料和沥青砂浆均质度的增大,沥青混凝土的蠕变应变呈减小趋势,且随粗集料均质度增大而减小的幅度较沥青砂浆显著;粗集料刚度分布均匀时沥青混凝土的蠕变应变比粗集料均质度较低(均质度m=1.0)时减小49%.在沥青混凝土材料的选择中应更为重视粗集料的均质性.