基于損傷斷裂分析的鋼橋面鋪裝層疲勞行為與壽命預(yù)估研究.pdf

1、目前，我國處于公路大跨度鋼橋建設(shè)飛速發(fā)展的時期，作為功能層的鋼橋瀝青鋪裝層在使用中均存在不同程度的疲勞裂縫問題。鋼橋鋪裝層一旦出現(xiàn)疲勞開裂，裂縫在車輛重復(fù)荷載、溫度循環(huán)變化、雨水不斷侵蝕等多重因素的作用下，容易演化為坑槽、脫層、推移等鋪裝層結(jié)構(gòu)性破壞，致使鋪裝層使用壽命大大縮減，路用性能迅速衰減，從而造成巨大的經(jīng)濟損失與不利的社會影響。因此，深入研究鋪裝材料的疲勞性能和鋪裝層在鋼橋面復(fù)合結(jié)構(gòu)體系中的疲勞變化規(guī)律，揭示鋼橋面鋪裝層疲勞裂縫

2、形成的內(nèi)在機理及其影響因素，并建立鋼橋面鋪裝疲勞仿真預(yù)估模型，是降低鋼橋鋪裝層疲勞裂縫出現(xiàn)概率、延長鋼橋鋪裝層使用壽命的關(guān)鍵。
　　 本文是國家自然科學(xué)基金項目“鋼橋面環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝層疲勞損傷與壽命預(yù)估研究”的一部分，主要對環(huán)氧瀝青混凝土材料的疲勞性能以及鋪裝層復(fù)合結(jié)構(gòu)的疲勞特性進(jìn)行研究。
　　 論文首先對環(huán)氧瀝青混凝土的動態(tài)模量進(jìn)行了試驗研究，得到了不同溫度、荷載頻率下環(huán)氧瀝青混凝土的動態(tài)模量參數(shù)，而后采用時溫等效

3、原理和基因遺傳算法，建立了環(huán)氧瀝青混凝土動態(tài)模量的主曲線方程和移位因子表達(dá)式。基于動態(tài)模量參數(shù)，構(gòu)建了鋼橋面鋪裝局部梁段有限元模型，計算出不同溫度和輪胎胎壓下的鋪裝層最不利位置的應(yīng)變，為環(huán)氧瀝青混凝土小梁疲勞試驗設(shè)計中的應(yīng)變水平選擇提供了依據(jù)。
　　 為獲得環(huán)氧瀝青混凝土材料的疲勞性能，本研究利用3臺疲勞試驗機歷時32天對3個溫度、3個應(yīng)變、9種不同組合試驗條件下的浸水和未浸水狀態(tài)下的環(huán)氧瀝青混凝土進(jìn)行了小梁疲勞試驗，采用Wei

4、bull分析方法對疲勞試驗結(jié)果進(jìn)行分析，得出環(huán)氧瀝青混凝土疲勞損傷過程分為疲勞裂縫啟裂和疲勞裂縫擴展兩個階段，并預(yù)估出不同條件下的環(huán)氧瀝青混凝土疲勞壽命。根據(jù)環(huán)氧瀝青混凝土小梁疲勞試驗結(jié)果，本文利用梯度增加的非局部損傷模型和改進(jìn)的疲勞損傷定律，描述了環(huán)氧瀝青混凝土的疲勞損傷過程，并采用FEAP有限元軟件建立了環(huán)氧瀝青混凝土小梁疲勞仿真模型，得出環(huán)氧瀝青混凝土材料的疲勞損傷參數(shù)。
　　 論文根據(jù)環(huán)氧瀝青混凝土疲勞損傷參數(shù)，基于復(fù)合

5、梁結(jié)構(gòu)模型，利用FEAP軟件建立了鋼橋面環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝層疲勞仿真模型，模擬出鋪裝層在不同溫度和荷載作用下的疲勞裂縫擴展過程，并建議將鋪裝層動撓度突變增加時作為鋼橋面環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝層的疲勞失效判據(jù)，同時還預(yù)估出不同條件下鋼橋面環(huán)氧瀝青混凝土的疲勞壽命。最后，利用BOTDA分布式光纖無損檢測方式，得出室內(nèi)復(fù)合梁疲勞試驗中鋪裝層應(yīng)變隨疲勞作用次數(shù)的變化曲線，試驗結(jié)果很好地驗證了上述疲勞仿真模型的有效性。
　　 本文研究成果對建