《鋼橋面-瀝青混凝土鋪裝接觸面粘結-滑移機理研究》是依託東南大學，由姚波擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：鋼橋面-瀝青混凝土鋪裝接觸面粘結-滑移機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：姚波
- 依託單位：東南大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
滑移破壞是鋼橋面鋪裝的主要病害形式之一，本項目旨在揭示鋼橋面-瀝青混凝土鋪裝接觸面的粘結-滑移機理。採用複合結構直剪試驗研究鋼-瀝青混凝土接觸面在單調載入模式下的粘結-滑移力學行為，分析剪應力與滑移的演化規律，建立接觸面粘結-滑移本構模型與強度準則。採用內聚力模型和界面單元模擬鋼-瀝青混凝土接觸面，建立包括鋼板、瀝青混凝土和接觸面的三維有限元仿真模型，分析彈性、損傷和滑移擴展行為。研究接觸面剪下疲勞破壞過程中的粘結-滑移行為，建立粘結剛度隨循環荷載作用的衰減模型。採用內聚力模型結合損傷力學的方法研究接觸面疲勞損傷特性，建立接觸面疲勞損傷演化方程和內聚力疲勞損傷本構模型，對直剪疲勞試驗進行數值仿真，探索影響接觸面剪下疲勞壽命的關鍵因素。研究成果有助於揭示鋼橋面-瀝青混凝土鋪裝接觸面滑移病害成因及發展規律，並為以提高接觸面粘結韌性為目標的鋼橋面鋪裝結構最佳化提供理論依據。
結題摘要
鋼橋面板與鋪裝間的界面是影響鋼橋面鋪裝使用性能和使用壽命的關鍵，我們針對界面問題進行了深入研究。根據鋼橋面與鋪裝界面受力特點，設計了一套新型鋼橋面鋪裝的界面直剪試驗裝置，該裝置可以對不同溫度、法向應力和剪下速率條件下界面的力學特性進行測試，並提出了相應的試件製作與測試方法；利用新開發的鋼橋面與鋪裝界面直剪試驗裝置，在2種試驗溫度、4種法向應力、2種剪下載入速率等多因素條件下對“鋼橋面板+環氧富鋅漆＋環氧瀝青粘結材料＋環氧瀝青混合料”和“鋼橋面板+Eliminator防水粘結層＋澆注式瀝青混合料”兩類常用的鋼橋面與鋪裝界面類型進行複合結構直剪試驗，獲得了界面粘結滑移曲線、發展規律及影響因素；基於摩爾-庫侖強度理論，建立了鋼橋面與鋪裝界面抗剪強度準則，並確定了不同溫度條件下界面剪下強度包絡線和界面殘餘抗剪強度包絡線的力學參數；對剪下載入下鋼橋面與鋪裝界面粘結滑移性能進行了理論分析，在曲線特徵分析和試驗數據統計的基礎上，提出了基於雙線性模型、線性-指數模型和Popovics模型的鋼橋面與鋪裝界面粘結滑移模型來描述界面粘結-損傷-滑移的發展規律，在此基礎上分別研究了基於剪下強度和界面粘結勁度的雙線性損傷模型、線性-指數損傷模型；基於鋼橋面與鋪裝界面直剪試驗結果建立了界面內聚力模型，定義了張力－位移關係和損傷萌生判據，引入損傷變數來表征材料的損傷水平，分別建立了雙線性和線性-指數界面內聚關係。通過基於內聚力模型的鋼橋面與鋪裝界面有限元模型，分別對60℃時界面在0MPa、0.2MPa、0.5MPa、0.7MPa的法向應力情況下不同剪下速率的荷載試驗進行了數值仿真，並獲取相應界面剪應力的演化歷程；建立了基於界面內聚力模型的全斷面鋼箱梁節段鋪裝有限元模型，獲得了鋼箱梁結構參數對鋼橋面與鋪裝界面的影響規律，首次揭示了車輛超載對鋼橋面鋪裝結構損傷的界面起因及嚴重後果；採用直剪試驗測試了鋼橋面與鋪裝界面的疲勞性能，分析了剪下模量、相位角、累積損傷、損傷增量、耗散能和累積耗散能等特徵參數在疲勞試驗過程中的演化規律，將累積損傷開始發生急劇增加定義為疲勞破壞標準，通過檢驗證明界面疲勞壽命服從兩參數的威布爾分布規律，得到界面疲勞壽命預估方程。
