基于数字图像相关方法的沥青混合料疲劳性能研究（英文）

为研究间接拉伸疲劳试验过程中试件中部拉应变的发展规律,选择3种不同最大公称粒径的热拌沥青混合料在4种不同应力比下进行间接拉伸疲劳试验,并采用数字图像相关方法,通过工业相机记录散斑位置随时间的变化,分析疲劳试验过程中试件表面的应变/位移场.试验结果表明,由于压头位置局部应变较大,竖向位移曲线不能准确评价混合料的疲劳性能;基于竖向及横向应变场的分析,定义间接拉伸疲劳试验的最佳疲劳开裂区域为试件中部40 mm×40 mm的方形区域;基于DIC方法可获取试件底部中间的拉应变曲线并建立疲劳方程,从而可以进行沥青混合料疲劳寿命预估.     

沥青混合料线性黏弹性变形预估模型修正（英文）

基于线性黏弹性理论(LVE)推导出沥青混料在动态蠕变实验中的变形预估模型.然后,将线性黏弹性变形预估模型和实验结果对比,分析说明了线性黏弹性预估模型的不足.最后,为了提高预估准确性,对线性黏弹性预估模型进行了修正,使其具有与沥青混合料变形特性相符的非线性特性,并用实验数据对修正模型进行了验证.结果表明,线性黏弹性变形预估模型无法模拟沥青混合料的永久变形的非线性特性,而修正变形预估模型可以准确地预测动态蠕变实验中变形的全过程以及永久变形.说明了所提出的修正方法可以有效地提高线性黏弹性变形预估模型的准确性,该修正模型可以为沥青路面的车辙预估提供指导.     

一种腐蚀疲劳损伤的非线性累加演化模型（英文）

研究目的:提出一种新的腐蚀疲劳损伤演化模型,建立基于损伤演化的腐蚀疲劳寿命预测模型。创新要点:将应力腐蚀损伤与疲劳损伤非线性耦合,建立腐蚀疲劳损伤演化律,依托实验确定腐蚀疲劳损伤演化参数,形成基于损伤演化律的腐蚀疲劳寿命预测模型。研究方法:采用理论研究与实验验证相结合的研究方法。选取特定材料设计应力腐蚀实验,回归应力腐蚀门槛值应力和损伤参数(图2);查阅疲劳实验数据建立变幅疲劳损伤模型,将应力腐蚀损伤与变幅疲劳损伤非线性累加形成腐蚀疲劳损伤非线性演化模型。根据腐蚀疲劳实验结果,验证腐蚀疲劳损伤演化模型并确定非线性损伤累加参数(图5和6),形成基于损伤演化律的腐蚀疲劳寿命预测模型。重要结论:从损伤力学角度,将材料的腐蚀疲劳损伤处理成应力腐蚀损伤与疲劳损伤的非线性累加,形成腐蚀疲劳损伤演化模型。结合LY12CZ铝合金的试验结果,验证了损伤演化模型的可行性。该方法可以为材料腐蚀疲劳的寿命评价研究提供新的思路。     

重载和温度耦合作用下钢桥面环氧沥青铺装结构疲劳损伤分析（英文）

为研究重载和温度荷载耦合作用对环氧沥青铺装结构疲劳损伤的影响,首先模拟了钢桥面铺装重载的荷载图示,同时计算了冬季降温过程中钢桥面铺装结构的温度分布.然后,将移动重载和最不利温度荷载施加到钢桥面铺装结构,计算铺装表面拉应力.最后,考虑严重超载和恶劣低温等不利条件,进行环氧沥青铺装结构疲劳损伤分析.结果表明:重载和降温过程产生的温度荷载都可显著增加铺装表面拉应力,严重超载和恶劣低温等不利条件下,钢桥面铺装容易产生疲劳裂缝,因此,应该尽量避免冬季重载和温度荷载的耦合作用.     

江苏地区典型沥青混合料动态模量特性评价（英文）

为了研究2种动态模量预测模型(基于黏度的Witczak 1-37A模型和基于剪切复数模量的Witczak1-40D模型)在江苏地区的适用性及不同混合料设计参数(级配类型、胶结料种类、体积参数)对动态模量的影响,进行了2种典型面层沥青混合料(Sup-13和AC-13)的动态模量试验研究,并将试验数据用于预测模型的分析.对不同沥青的黏度和动态剪切模量进行试验以获取预测模型的参数.试验结果表明:胶结料种类和沥青含量对动态模量有显著影响;2种预测模型与室内试验结果均有较好的相关度,Witczak 1-37A动态模量的预测模型精度更高.试验结果可用于更高精度动态模量预测模型的修正.     

基于现场芯样的沥青面层疲劳开裂分析（英文）

为了评估不同类型沥青路面的抗疲劳性能,采用半圆弯曲试验和数字图像相关法对典型裂缝处钻取的现场芯样进行测试.分别采用不同类型疲劳模型对试验结果进行分析,并结合芯样抽提和筛分结果确定不同路段的疲劳开裂成因.结果表明:现场芯样的抗疲劳性能从高到低依次为改性橡胶沥青混合料、密级配改性沥青混合料、连续级配沥青稳定碎石、间断级配多碎石沥青混凝土、半开级配沥青稳定碎石;与半开级配沥青稳定碎石相比,改性橡胶沥青混合料的疲劳寿命提高了2.0~3.8倍;采用耗散能密度比指标可以准确地预估不同类型混合料的疲劳寿命和实际路面破损率;不同类型沥青混合料的疲劳开裂成因并不一致.     

粗集料针片状对多孔沥青混合料性能的影响（英文）

研究了4种粗集料针片状颗粒含量(0%,原状,30%,40%)对多孔沥青混合料骨架结构和性能的影响.分别采用二维数字图像处理、飞散试验、混合料破碎试验以及渗透试验,评价针片状对多孔沥青混合料的体积指标、骨架接触特性、耐久性、骨架稳定性和渗透性能的影响.试验结果表明:针片状含量对多孔沥青混合料的空隙率、骨架接触线长度、骨架接触点个数、集料破碎率和渗透系数具有显著的影响.由于粗集料针片状的破碎,多孔沥青混合料的有效空隙率、高温性能、长期耐久性以及骨架稳定性随着针片状含量的增大而衰减.与传统密级配沥青混合料相比,由于多孔沥青混合料具有开级配骨架,从而对针片状含量更加敏感,多孔沥青混合料应采用更严格的针片状含量要求.     

基于沥青面层应力依赖性的路面响应有限元模拟（英文）

为了探究沥青混合料的应力依赖性质,分别在不同应力状态及荷载频率下对一组AC-20试件进行了动态模量试验.开发了一个包含应力依赖本构模型的用户自定义材料子程序并利用有限元模拟证实了其有效性.建立了一个典型路面结构的三维有限元模型,将沥青面层视为应力依赖性材料,而其他结构层为线弹性材料.对路面模型施加周期性荷载,并计算得到路面响应,包括动态模量的分布、路表弯沉、沥青面层的剪应力及拉应变等.试验结果及有限元模型预测值均表明了沥青混凝土的动态模量对应力状态及荷载频率具有敏感性.与线弹性模型相比,使用非线性应力依赖模型得到的预测路面响应更大;应力依赖性对路面响应的影响随着荷载频率的减小变得更加显著.     

多聚磷酸改性沥青对沥青混合料低温抗裂性能的影响（英文）

为确定多聚磷酸(PPA)是否能部分或完全替代苯乙烯—丁二烯—苯乙烯(SBS)改性剂而不会对沥青混合料的低温性能产生不利的影响,对PPA改性沥青混合料的低温断裂特性进行了评估,且与SBS改性沥青混合料进行了比较.首先,采用间接拉伸试验及新开发的断裂测试方法,即盘状紧凑拉伸试验对室内成型试件进行了测试.然后,分析了测试温度及空隙率对沥青混合料低温断裂特性的影响.结果表明,PPA改性沥青混合料的低温抗裂性能劣于SBS改性沥青混合料,而PPA部分替代SBS改性剂制得的改性沥青混合料的低温断裂性能与仅采用SBS改性剂的混合料断裂性能相当.     

钢桥面铺装用热固性环氧沥青混合料动态模量试验研究（英文）

为了研究热固性环氧沥青混合料的动态性能,对环氧沥青混合料的动态模量进行了试验研究.首先,通过简单性能试验（SPT）测试了不同温度与加载频率下的环氧沥青混合料动态模量,并分析了温度与加载频率对动态模量的影响.然后,分别对环氧沥青混合料的静态模量及其他常用沥青混合料的动态模量进行了试验测试,并将其与环氧沥青混合料的动态模量做了对比.最后,利用时温等效原理建立了环氧沥青混合料动态模量主曲线.研究结果表明：环氧沥青混合料的动态模量随加载频率的增加而增加,随加载温度的升高而降低;更符合实际车辆作用的环氧沥青混合料的动态模量较静态模量大得多;环氧沥青混合料的动态模量较SBS改性沥青混合料与普通沥青混合料大.研究成果可为钢桥面铺装的设计及力学分析提供理论依据.     

融雪剂融冰能力及其对沥青混合料抗剥落性能的影响（英文）

选取氯化钠、氯化钙和醋酸钠3种融雪剂,通过室内融冰试验测试融雪剂的融冰性能,并从抗剥落性能的角度评价融雪剂对沥青混合料的破坏.试验中将未饱水马歇尔试件浸入不同浓度的融雪剂溶液中进行冻融循环,冻融循环结束后进行肯塔堡飞散试验,以飞散损失作为沥青混合料抗剥落性能的评价指标.试验结果表明:氯化钙的综合融冰性能最强,冻融循环过程中3种融雪剂均对沥青混合料造成不同程度的抗剥落性能损失,其破坏程度与融雪剂的种类和溶液浓度有关.融雪剂溶液的质量分数为2%左右时,破坏最为严重,沥青混合料的抗剥落性能损失最大;在质量分数相同的条件下,醋酸钠引起的抗剥落性能损失大于氯化钠和氯化钙.     

信号控制的环形交叉口延误模型（英文）

为直观评价信号控制的环形交叉口服务水平,建立了一种信号控制的环形交叉口延误计算模型.首先根据车流运行状况,将车辆在信号控制环形交叉口内的延误分为入口道延误与环道延误.针对车辆在环形交叉口入口处的运行特性,结合HCM2010中的延误计算方法分析入口道延误.通过分析信号控制的环形交叉口的车流冲突行为,运用车队法,计算得到不同转向车流在环道上的延误模型,进而建立了信号控制的环形交叉口延误计算模型.最后,采用实测数据标定仿真参数,利用软件对模型进行验证,得到该模型相对误差为10.1%,满足精度要求.因此,该模型的计算结果能够直观体现环形交叉口的运行效率,可为环形交叉口控制方案提供设计依据.     

基于DEM的沥青混凝土两点弯曲疲劳试验模拟分析（英文）

为了研究法国高模量沥青混凝土疲劳性能及Burger's模型参数与疲劳寿命之间的关系,在离散元软件PFC3D中建立了沥青混凝土锥棱柱两点疲劳弯曲试验的虚拟模型.计算了虚拟试件的初始刚度及达到疲劳时的最大接触应力,并与实测单次疲劳试验曲线对比,验证了用DEM模拟疲劳试验的可行性.然后研究端部位移及Burger's模型中各项参数(E_1,E_2,η_1,η_2)对疲劳寿命的影响.数值模拟结果表明,随着端部控制位移增大,到达疲劳时最大应力增大.研究证实:随着沥青砂浆Burger's模型参数中E_1增大,E_2减小,沥青模量增大,沥青混合料的疲劳寿命得到有效提升;η_1和η_2对疲劳寿命的影响较小.     

沥青混合料重复三轴试验和汉堡车辙试验的相关性分析（英文）

采用重复三轴试验和汉堡车辙试验对SMA和MA两种沥青混合料的高温性能进行评价,并分别分析了这2种试验之间的MA最终变形的相关性及SMA变形发展过程的相关性.结果显示,2种试验方法均能够有效区分混合料高温性能的优劣,且两者的最终变形及变形发展过程均呈现极好的线性相关关系,相关性系数均大于0.9.为了更进一步验证相关性,利用重复三轴试验获得混合料的粘弹性参数,对车辙试验进行有限元模拟,结果表明2种试验方法具有显著的相关关系,误差小于10%.将采用重复三轴试验获得沥青混合料的粘弹性参数用于预测车辙的发展是合理有效的.     

基于内聚力模型的沥青混凝土疲劳损伤数值研究

为了研究沥青混凝土的疲劳特性,提出了基于双线性内聚力模型（CZM）的数值模拟方法．建立了疲劳损伤演化模型并将其与内聚力模型耦合,以反映沥青混凝土在循环荷栽作用下的软化行为．通过编制用户材料子程序。实现了疲劳损伤模型在有限元软件ABAQUS中的应用,并对劈裂疲劳试验进行了模拟．研究结果表明：模拟得到的疲劳寿命与实验室结果基本一致;疲劳损伤随加载次数的累积是非线性的,且损伤累积阶段是疲劳破坏的主要阶段;应力比增大时,损伤稳态发展阶段的寿命明显减小．可以发现提出的疲劳损伤数值模型是一种预估沥青混凝土疲劳损伤的有效方法．     

变荷载下基于运行宏应变形状的宏应变模态识别（英文）

为了发展宏应变模态识别技术并提高其在土木结构健康监测中的适用能力,提出了运行宏应变形状的概念及相应的获取方法,并进一步识别了宏应变模态,以适用结构处于不断变化的未知激励环境.所提新技术的核心是基于宏应变传递率函数在系统极值点独立于激励源并收敛的独特性质.通过对一个三跨连续梁结构模型进行力锤激励,对所提方法进行了试验验证,同时将识别结果与未知激励条件下最常用的峰值拾取法(PP)和随机子空间法(SSI)以及数值结果进行了对比分析.结果表明,该方法联合了多次测试数据,在不同加载工况下,其识别结果在精度和稳定性方面具有独特优势,同时也表明分布式应变传感系统在运行结构宏应变模态识别及结构健康监测领域应用前景好     

内部水压作用下钢筋混凝土隧道的结构损伤预测替代模型（英文）

目的:使用非线性有限元分析和替代模型评估钢筋混凝土隧道(RCT)在内部水压作用下的性能。创新点:1.开发替代模型,例如主成分回归分析(PCR)、多元自然对数方程回归(MLnER)和基因表达编程(GEP);2.预测RCT的受损表面百分比(PDS)、有效拉伸塑性应变(ETPS)、RCT的最大挠度以及RCT的顶部挠度。方法:1.开发可模拟内部水压作用下RCT性能的有限元模型,采用线性和非线性模型来预测PDS、最大ETPS、RCT的最大挠度以及RCT的顶部挠度。2.考虑48种混凝土配合比设计,其中36种是由田口方法提出的,剩下的通过作者建议给出。输入变量包括混凝土的抗压和抗拉强度、纵向钢筋的尺寸、横向钢筋的直径和内部水压。结论:1.内部水压对PDS、最大ETPS、RCT最大挠度和RCT顶部挠度影响最大。2.抗压和抗拉强度对PDS、最大ETPS、RCT最大挠度和RCT顶部挠度值有显著影响。3.GEP方法能高精度预测结构损伤、最大ETPS、RCT的最大挠度和RCT顶部挠度。4.安全系数应被应用于GEP模型的方程以提高其可靠性,尤其是使用这些公式来预测PDS和最大ETPS时。     

环氧沥青土工格栅应力吸收层的设计和性能评估（英文）

为了延缓或者消除水泥混凝土铺装上沥青混凝土加铺层的反射裂缝的出现和扩展,设计出一种由环氧沥青和玻璃纤维土工格栅组成的环氧沥青土工格栅应力吸收层(EAGSAL).通过拉拔试验、斜剪试验、小梁弯曲试验及疲劳试验对EAGSAL和一种普通应力吸收层(TSAL)进行性能研究.结果表明:最佳环氧沥青撒布量下的EAGSAL的黏结性能、抗剪性能、抗弯强度以及疲劳性能都优于最佳设计的TSAL;EAGSAL的最大弯曲应变与TSAL非常接近;EAGSAL具有较好的抗反射裂缝能力.同时,EAGSAL的最佳环氧沥青撒布量是2.0 L/m~2,这使得EAGSAL比TSAL更轻薄,可降低整个铺装结构的厚度,提高铺装结构的承载能力.     

周期性半正矢荷载下沥青混合料的粘弹性本构模型(英文)

通过引入应变硬化变量,对Burgers模型中串联粘壶进行了改进,并将改进模型看成是由Van Der Poel模型与改进粘壶串联组成.采用半正矢波间歇荷载模拟实际轮载作用,综合运用流变学和粘弹性力学理论推导了周期性荷载作用下沥青混合料永久变形的力学模型.然后根据3种沥青混合料的室内重复荷载永久变形试验结果,对该模型进行了验证.结果表明:随着荷载作用次数的增加,残余粘弹性应变占永久应变的比例先迅速衰减,而后逐渐趋向稳定,一般仅占2%～3%.荷载间歇时间越长,残余粘弹性应变越小.实际行车荷载的间歇时间足够长,因此残余粘弹性应变可以忽略,从而得到了简化模型.该模型可以很好地描述重复荷载下沥青混合料的永久变形特性.     

统一屈服准则下应变硬化曲梁的平面应变弯曲分析（英文）

在统一屈服准则的基础上,研究了两端力偶作用下具有窄矩形截面线性应变硬化曲梁的平面应变弹塑性弯曲问题.获得的平面应变弯曲解答适用于各类非强度差材料,并可以退化到基于Tresca,von Mises和广义双剪屈服(TS)准则的解答.讨论了2个临界弯矩、弹塑性区界面的半径及对称面上点的径向位移与不同屈服准则和泊松比之间的相关性.结果表明,不同屈服准则和泊松比对曲梁的2个临界弯矩、弹塑性区界面的半径及对称面上点的径向位移有显著的影响.当材料的参数b通过实验得到后,便可确定对应的屈服准则及相应解答.