等效弹性方法在运动荷载下识别弯曲诱导界面脱粘的潜在位置的研究
摘要
界面粘结条件差会降低沥青路面的承载能力，并且导致了了几次破坏。特别是，在美国，通过现场观察，发现局部界面脱粘与近表面纵向开裂之间的关联。预测局部界面脱粘的潜在位置和程度对于防止近表面开裂是非常重要的。然而，关于出现弯曲引起的局部界面脱粘的发生的信息有限。由于界面脱粘的位置和程度可能取决于路面结构、材料性能和加载条件，因此需要一种实用的方法。几位研究人员采用了一种等效弹性的方法克服了在评价多因素影响时模拟沥青粘弹性响应的复杂性。因此，本研究的重点是确定等效弹性方法是否可以用于识别弯曲引起的局部界面脱粘的潜在位置，而不会造成明显的精度损失。采用三维有限元模型模拟承受荷载的沥青路面，并进行了粘弹性和等效弹性分析。三维等效弹性分析似乎足以准确地确定弯曲引起的局部脱粘的潜在位置和程度，主要由剪切应力的存在和水平界面平面上的低约束控制。此外，发现局部脱粘很可能发生在沿纵向的狭长区域，这类似于平面应变问题。本研究证实，当评估局部脱粘的影响时，未来的研究工作可以集中在横向截面。
关键字
局部界面脱粘·沥青路面·近表面开裂·等效弹性·有限元分析·移动荷载
1导言
1.1背景
沥青路面是多层结构，通常由一系列粘结沥青层和路基顶部的基层组成。因为良好的粘结降低了交通荷载引起的弯曲应力，所以多层之间良好的粘结条件是影响沥青路面性能的关键因素。由于粘结的重要性，已经进行了广泛的研究来表征路面层之间的粘结。粘结条件差，可能会降低沥青路面的承载能力，导致几种路面的开裂。具体而言，沥青层间粘结能力的丧失改变了路面结构中的应力和应变分布，导致近表面开裂。 Willis和Timm在一项分析研究中报告了局部界面脱粘与近表面开裂的协同作用，并对阿拉巴马州国家沥青技术中心(NCAT)试验轨道测试段中的沟槽和岩心进行了调查。此外，Roque等人在佛罗里达州沥青路面路段进行的Superpave监测项目中，根据提取的岩心，发现了与近表面开裂同时发生的脱粘现象。近表面裂纹的特征是在轨迹上一系列平行的纵向裂纹，现场观察似乎将轨迹上的近表面裂纹与局部界面脱粘联系起来。 最近，对局部界面脱粘引起的近表面裂纹的潜在机理的研究得出结论，重复载荷引起的弯曲可能会在界面脱粘带尖端下方引发裂纹. 因此，应仔细考虑界面局部脱粘的位置和程度，以减轻界面脱粘引起的开裂。
Hernando等人进行了分层弹性分析，确定了弯曲引起的局部界面脱粘的潜在位置和程度，认为这是一个高剪应力区，加上离轮胎边缘5.08厘米的低约束表面以下2.54厘米至7.62厘米。由于分层弹性分析仅限于预测粘弹性材料在移动载荷下的响应，因此需要考虑更现实的路面行为来进一步验证。粘弹性分析已被用于几项研究，以评估脱粘破坏的潜力和粘结效应对路面反应。 Cho等人进行了三维有限元分析并采用层状维斯科弹性路面临界应力分析(LVECD)，对层状沥青路面在移动车辆荷载作用下的临界应力状态进行了评价。结果表明，较薄的路面结构比其他结构更容易发生界面脱粘。此外，较高的温度、较低的速度和较重的载荷是促进沥青层间界面脱粘的关键因素。Ozer等人还利用三维有限元模型对沥青路面疲劳开裂性能进行了粘弹性分析。他们发现随着路面温度的升高，粘结不良的负面影响被放大。然而，以往的大多数研究都假设脱粘发生在整个界面上，对于局部界面脱粘现象的研究，关于粘弹性分析的信息有限。 因此，需要进一步的研究来预测局部界面脱粘的潜在位置和程度及其对路面行为的影响。
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