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钢桥面沥青混凝土铺装疲劳裂缝扩展数值分析

陈团结 黄卫 汪双杰

陈团结, 黄卫, 汪双杰. 钢桥面沥青混凝土铺装疲劳裂缝扩展数值分析[J]. 交通运输工程学报, 2008, 8(4): 52-57.
引用本文: 陈团结, 黄卫, 汪双杰. 钢桥面沥青混凝土铺装疲劳裂缝扩展数值分析[J]. 交通运输工程学报, 2008, 8(4): 52-57.
CHEN Tuan-jie, HUANG Wei, WANG Shuang-jie. Numerical analysis of fatigue crack propagation in asphalt pavement on steel deck[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2008, 8(4): 52-57.
Citation: CHEN Tuan-jie, HUANG Wei, WANG Shuang-jie. Numerical analysis of fatigue crack propagation in asphalt pavement on steel deck[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2008, 8(4): 52-57.

钢桥面沥青混凝土铺装疲劳裂缝扩展数值分析

基金项目: 

国家自然科学基金项目 50578038

教育部博士学科点专项科研基金项目 20050286008

详细信息
    作者简介:

    陈团结(1975-), 男, 陕西西安人, 中交第一公路勘察设计研究院工程师, 工学博士, 从事道路工程研究

  • 中图分类号: U443.33

Numerical analysis of fatigue crack propagation in asphalt pavement on steel deck

More Information
    Author Bio:

    CHEN Tuan-jie(1975-), male, engineer, PhD, +86-29-88322888, demo555@126.com

  • 摘要: 为揭示钢桥面沥青混凝土铺装裂缝行为机理, 分析了铺装层疲劳裂缝扩展阻力曲线, 利用复合梁疲劳试验数据, 采用三维有限元方法, 研究了铺装层裂缝启裂、扩展直至失稳的全过程。结果表明: 疲劳裂缝扩展阻力曲线形式与材料类型和“铺装层+钢板”复合结构有关系; 当天然初始裂缝长度为0时, 疲劳裂缝扩展一般存在3个阶段: 起始扩展区、稳态扩展区和失稳扩展区, 此时复合梁的疲劳寿命接近800万次; 当初始裂缝长度为10 mm时, 疲劳裂缝扩展直接进入失稳扩展区, 疲劳寿命约为200万次; 裂缝增长率与荷载作用次数之间存在良好的非线性关系。可见, 钢桥面铺装层宜选用空隙率小、易密实的铺装材料, 同时可根据荷载作用次数推断出铺装层疲劳裂缝的状态。

     

  • 图  1  R曲线

    Figure  1.  R curves

    图  2  KR曲线

    Figure  2.  KR curves

    图  3  KICKICea0/h之间的关系

    Figure  3.  Relationship curves between KIC, KICe and a0/h

    图  4  本文采用的R曲线

    Figure  4.  R curve used in paper

    图  5  复合梁试件

    Figure  5.  Specimen of composite beam

    图  6  动挠度随温度变化

    Figure  6.  Change of dynamic deflection with temperature

    图  7  S-N曲线

    Figure  7.  S-N curve

    图  8  半正弦应力脉冲

    Figure  8.  Semi-sine stress pulse

    图  9  有限元模型

    Figure  9.  Finite element model

    图  10  aN的关系

    Figure  10.  Relationships between a and N

    图  11  da/dNN的关系

    Figure  11.  Relationships between da/dN and N

    表  1  疲劳试验及力学计算结果

    Table  1.   Results of fatigue test and mechanical calculation

    疲劳荷载/kN 动挠度/mm 静挠度/mm 作用次数N/万次 拉应力σx/MPa 拉应变εx/10-6 层间剪应力τxy/MPa
    6 0.20 0.38 1 200 1.359 2 2 216.2 0.320 61
    8 0.24 200 1.812 3 2 955.0 0.427 50
    10 0.18~0.25 49 2.265 4 3 693.7 0.534 36
    12 0.28~0.40 9 2.718 5 4 432.5 0.641 25
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    表  2  疲劳方程及回归系数

    Table  2.   Fatigue equations and regression coefficients

    N=A1σ-c1 N=A2ε-c2 N=A3τxy-c3
    A1 c1 相关系数R2 A2 c2 相关系数R2 A3 c3 相关系数R2
    8 176.3 6.252 3 0.987 0 9.934 6.252 5 1.000 0.978 8 6.251 8 0.999 0
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    表  3  计算参数

    Table  3.   Calculation parameters

    钢板模量/MPa 铺装层模量/MPa 铺装层厚度/mm 初始裂缝长度a0/mm 初始裂缝位置
    210 000 2 000 55 0、5、10 层表
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  • 收稿日期:  2008-01-02
  • 刊出日期:  2008-08-25

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