[發(fā)明專利]一種基于離散元的鋼橋面鋪裝層間剪切試驗?zāi)M方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810028832.2
• 申請日: 2018-01-12
• 公開（公告）號: CN109001049B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉云;徐恭圣
• 申請（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24;G06F30/20;G06F30/13
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 張惠忠

本發(fā)明是一種基于離散元的鋼橋面鋪裝層間剪切試驗?zāi)M方法，屬于鋼橋面鋪裝技術(shù)領(lǐng)域，具體步驟為：參照鋼橋面鋪裝室內(nèi)試驗復(fù)合試件，在PFC3D軟件中生成與室內(nèi)試驗試件尺寸和級配都相同的三維離散元復(fù)合試件；給鋼橋面鋪裝復(fù)合試件中的粗集料顆粒內(nèi)部、瀝青砂漿顆粒內(nèi)部、鋼板顆粒內(nèi)部、粗集料顆粒與瀝青砂漿顆粒之間、粗集料顆粒與鋼板顆粒之間、瀝青砂漿顆粒與鋼板顆粒之間賦予相應(yīng)的接觸類型；引入層間粗糙度和層間氣泡兩個概念，通過FISH編程，建立考慮不同層間接觸狀態(tài)的鋼橋面鋪裝復(fù)合試件模型；通過墻體對鋼橋面鋪裝復(fù)合試件模型進(jìn)行剪切，分析不同層間接觸狀態(tài)對鋼橋面鋪裝層間剪切破壞機(jī)理的影響，具有準(zhǔn)確有效的優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋼橋面鋪裝工程領(lǐng)域，尤其涉及一種基于離散元的鋼橋面鋪裝層間剪切試驗?zāi)M方法。

背景技術(shù)

在鋼橋面鋪裝體系復(fù)合結(jié)構(gòu)中，瀝青混凝土鋪裝層與鋼橋面板通過粘結(jié)層緊密相連，共同承載與變形。在車輛荷載及環(huán)境條件的作用下，當(dāng)鋪裝層與鋼橋面板之間的抗剪強(qiáng)度不能滿足受力要求時，就會發(fā)生層間剪切破壞，產(chǎn)生層間裂縫，嚴(yán)重影響交通，所以對鋼橋面鋪裝層間剪切特性的研究顯得尤為重要。

查找現(xiàn)有的成果和文獻(xiàn)資料，在用有限元數(shù)值模擬方法分析鋼橋面鋪裝復(fù)合結(jié)構(gòu)抗剪切性能時，多采用各類有限單元，例如夾層單元、連接單元、界面單元、薄膜單元來模擬鋪裝與橋面板之間不同的接觸狀態(tài)，計算得出層間完全連續(xù)、完全光滑及半連續(xù)半光滑等各種接觸狀態(tài)下的力學(xué)響應(yīng)，而較難分析得出外載作用下層間界面剪切破壞的細(xì)觀脫粘過程，再加上瀝青混凝土作為多相復(fù)合材料所具有的細(xì)觀特征，使得復(fù)合結(jié)構(gòu)抗剪切行為不能單純從宏觀角度加以解釋，而需要從細(xì)觀尺度去探究。在離散元數(shù)值模擬方法應(yīng)用于分析瀝青混凝土各項力學(xué)性能時，研究對象基本都集中在瀝青混凝土試件的劈裂試驗、單軸壓縮試驗等，較少涉及復(fù)合結(jié)構(gòu)層間剪切性能。無論是數(shù)值模擬還是試驗研究，在分析鋼橋面鋪裝復(fù)合結(jié)構(gòu)層間抗剪切性能時，都沒有考慮層間界面細(xì)觀構(gòu)造的影響，例如層間區(qū)域中幾乎始終存在的氣泡、鋪裝層與鋼板相連接界面的不平度和初始裂紋等因素，而這些因素都會影響破壞路徑和產(chǎn)生應(yīng)力集中，對層間抗剪切性能產(chǎn)生不利影響。

離散單元法憑借其能夠處理應(yīng)力不連續(xù)、大變形等方面問題的優(yōu)勢，在道路材料領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。申請人借鑒離散元法在瀝青混合料研究中的成功經(jīng)驗，將離散元法運用到鋼橋面鋪裝層間剪切破壞機(jī)理研究中。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于：針對有限元法在鋼橋面鋪裝層間剪切破壞過程研究中的不足，提供一種基于三維離散元法的考慮層間接觸狀態(tài)的鋼橋面鋪裝層間剪切試驗?zāi)M方法，能夠從細(xì)觀層次研究鋼橋面鋪裝層間剪切破壞機(jī)理。

一種基于離散元的鋼橋面鋪裝層間剪切試驗?zāi)M方法，包括以下步驟：

步驟1：用PFC3D軟件中的“wall”命令生成給定的瀝青鋪裝層區(qū)域，根據(jù)粗集料模型構(gòu)建方法，在瀝青鋪裝層區(qū)域投放粗集料顆粒；

步驟2：在瀝青鋪裝層區(qū)域內(nèi)按矩形排列方式，規(guī)則地生成若干個粗集料顆粒，填滿整個區(qū)域，通過FISH編程判斷顆粒單元是否屬于粗集料顆粒，如果是，則識別為粗集料顆粒，否則識別為瀝青砂漿顆粒，并根據(jù)空隙模型構(gòu)建方法，刪除其中的瀝青砂漿顆粒，形成瀝青鋪裝層的空隙單元，從而生成瀝青鋪裝層模型；

步驟3：用“wall”命令生成給定的鋼板區(qū)域，按矩形排列方式規(guī)則地生成若干個鋼板顆粒構(gòu)成鋼板模型，并且與生成的瀝青鋪裝層模型組合成為鋼橋面鋪裝復(fù)合試件模型；

步驟4：對鋼橋面鋪裝復(fù)合試件模型中的粗集料顆粒內(nèi)部、瀝青砂漿顆粒內(nèi)部、鋼板顆粒內(nèi)部、粗集料顆粒與瀝青砂漿顆粒之間、粗集料顆粒與鋼板顆粒之間、瀝青砂漿顆粒與鋼板顆粒之間賦予相應(yīng)的接觸類型，并且通過相應(yīng)的本構(gòu)模型表示；