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单轴压力下沥青混合料粘弹性及损伤特性试验研究

作　者: 熊华
导　师: 周志刚
学　校: 长沙理工大学
专　业: 道路与铁道工程
关键词: 沥青混合料蠕变粘弹性疲劳损伤模型
分类号: U414
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 253次
引　用: 1次
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内容摘要

沥青混合料是高等级道路路面的主要建筑材料,多年来的研究表明其是一种复杂的热流变材料。其变形与受力状态、温度及加载速率等多种因素有关。其具有明显的各向异性、不均质、甚至不连续性,因此它具有复杂的非线性性质。沥青混合料在受载情况下常常表现出明显的非线性粘弹性性质,过去对于其进行力学分析的研究往往局限于线粘弹性,使其优良的力学性能得不到充分的发挥。粘弹性理论是在力学和材料之间发展起来的边缘科学,是连续介质力学的一个重要组成部分。目前,国内外学者在粘弹性理论研究领域取得了许多重要的研究进展,线粘弹性理论己发展得较为完善,非线性粘弹性理论由于实验和数学上存在的困难尚处于不断的发展和完善之中。本文开展单轴压力下沥青混合料粘弹性及损伤特性试验研究。选取沥青混合料的材料为AC13及SMA-13,沥青为90#沥青。对AC13及SMA-13进行路用性能试验,结果表明它们的高温稳定性、水稳性、疲劳性能及低温抗裂性都能满足施工技术规范要求,而且SMA-13在各数据指标方面均明显优于AC13。AC13及SMA-13的静载蠕变试验结果表明在未进入破坏阶段前沥青混合料的粘型流动变形并不随荷载作用时间的延长而无限增加,随着时间的推移,粘性流动变形的增量逐渐减小,最终使粘性流动变形趋于一个稳定值,即产生所谓的“固结效应”。而且在相同条件下,SMA比AC相比有更强的抗变形能力。根据沥青混合料的流变特征,提出了一个较为理想和实用的蠕变柔量模型。针对静载蠕变试验曲线,采用有约束最优化方法确定了有关模型参数。根据AC13及SMA-13应力控制的疲劳试验结果,将疲劳循环次数和对应循环次数的模量无量纲化后,采用Levenberg-Marguardt非线性最小二乘方法,以模量变化来定义损伤,拟合得到了AC13及SMA-13疲劳损伤的非线性演化模型方程,较好地模拟了沥青混合料的疲劳损伤演化过程。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章绪论  10-18
  1.1 课题的提出及意义  10-12
  1.2 国内外研究概况  12-16
  1.3 本课题研究的内容  16-17
  1.4 本章小结  17-18
第二章试验方案与研究方法  18-26
  2.1 试验方案设计  18-19
    2.1.1 原材料试验  18
    2.1.2 确定沥青混合料最佳级配  18
    2.1.3 两种沥青混合料采用的试验  18-19
  2.2 试验研究方法  19-25
    2.2.1 原材料试验  19
    2.2.2 沥青混合料试验  19-25
  2.3 本章小结  25-26
第三章沥青混合料配合比设计及其路用性能研究  26-45
  3.1 沥青混合料的组成结构与力学特性  26-30
    3.1.1 沥青混合料的组成结构  26-27
    3.1.2 沥青混合料的力学特性  27-28
    3.1.3 沥青混合料的强度机理  28-30
    3.1.4 沥青混合料体积结构特点  30
  3.2 沥青混合料配合比设计  30-39
    3.2.1 原材料性能试验  30-32
    3.2.2 确定矿料组成  32-34
    3.2.3 确定沥青最佳用量  34-39
  3.3 沥青混合料路用性能  39-44
    3.3.1 车辙试验  39
    3.3.2 低温抗裂性能  39-40
    3.3.3 沥青混合料水稳定性能  40
    3.3.4 疲劳试验  40-44
  3.4 本章小结  44-45
第四章沥青混合料非线性粘弹性本构模型  45-64
  4.1 引言  45-46
  4.2 蠕变柔量及松弛模量  46-48
    4.2.1 标准线性体模型和 Rabotnov 模型  46-47
    4.2.2 Rabotnov 模型  47
    4.2.3 分数阶指数模型  47-48
  4.3 表述沥青混合料粘弹性的流变模型  48-62
    4.3.1 粘弹性的两个基本元件  48-50
    4.3.2 沥青混合料两个基本模型  50-53
    4.3.3 沥青混合料改进的模型  53-57
    4.3.4 试验验证  57-62
  4.4 本章小结  62-64
第五章沥青混合料的疲劳损伤模型  64-72
  5.1 损伤力学研究概况  64-65
  5.2 损伤变量  65-66
  5.3 沥青混合料疲劳损伤效应分析  66-71
  5.4 本章小结  71-72
第六章主要结论和进一步的设想  72-74
  6.1 主要结论  72-73
  6.2 进一步的设想  73-74
参考文献  74-79
致谢  79-80
附录A（攻读硕士期间发表的论文及科研项目）  80

单轴压力下沥青混合料粘弹性及损伤特性试验研究

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