钢桥面铺装沥青混凝土粘弹性本构分析

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1、学兔兔www.xuetutu.com2013年第1期广东公路交通GuangDongGongLuJiaoTong总第124期文章编号：1671—7619(2013)01—0027—03钢桥面铺装沥青混凝土粘弹性本构分析曾汉辉(广东华路交通科技有限公司，广州510420)摘要：通过分析及研究钢桥面铺装沥青混凝土的粘弹性，考虑时间对沥青混凝土粘弹性的影响，进一步深入掌握其基本的力学性质，为揭示钢桥面铺装层破坏基本机理提供相应的依据。关键词：沥青混凝土；粘弹性；破坏机理中图分类号：U443．33文献标识码：A0引言的数学语言。钢桥面铺装层

2、的沥青混凝土是一种典型的粘在粘弹性力学中，材料的粘弹性性质可以用弹性材料，任何一个时刻的力学响应不仅和该时模型来加以描述，经典而常用的模型有广义的刻的加载条件有关，而且和结构所经历的加载历Maxwell模型。史有关，简单的将沥青混凝土当成一种弹性材料进行研究，将不可避免地造成一定的误差，因此，分析并研究钢桥面铺装沥青混凝土的粘弹性，对进一步深入掌握其基本的力学性质，从而揭示钢⋯事『⋯一一事]桥面铺装层破坏的基本机理，具有重要的现实意⋯L⋯一———J义。l钢桥面铺装层材料粘弹性基本性质图1广义的Maxwell模型钢桥面铺装层的沥青混

3、凝土一般由作为胶结如图1所示，由有限个[M]体并联而成的广义料的道路石油沥青和砂、碎石、矿粉等矿料，按一Maxwell模型其总应力应为各元件应力之和：定比例共同组成。一般具有复杂的内部结构，其在外力作用下产生的变形缓慢地增加，卸除荷载=∑(1)后，变形缓慢地回复。这种加一卸荷过程中的变当1，2，⋯，n时，已知的Maxwell元件的本形不随外力即时达到平衡的而有所滞后的现象，构关系可以分别记为：称为延迟弹性。延迟弹性是与时间相关的函数，铺装层材料的粘弹性具有以下基本特点：(1)粘弹+罟o-=叼(2)性材料的力学响应是一个能量耗散过程

4、；(2)粘弹由式(1)和式(2)结合拉普拉斯变换可得其变性材料的力学响应具有时间相关性。换空间的本构方程为：2粘弹性材料本构理论--在研究物体受外部因素作用而产生的应力、i=1(、上十D)，否(3)应变与位移时，粘弹性力学需要考虑平衡方程(或式中：Pi=叼／E运动方程)、变形几何方程及材料的本构方程。而令(t)=H(t)，可得广义Maxwell模型的松前两组方程与材料的性质无关，只有第三组方程弛模量为：是描述物体的本构关系、反映材料力学特性、通过E(￡)=∑Ee‘(4)对工程实际与试验研究所得材料行为加以抽象化i=1作者简介：曾汉

5、辉(1979．11一)，男，路桥工程师，工学硕士，主要从事桥梁检测及设计等方面的研究工作。E—mail：zenhanh@163．tom．·27·学兔兔www.xuetutu.com2013年第1期广东公路交通总第124期式中：=p为第个Maxwell松弛体的松弛曲线和蠕变曲线之间存在一一对应的基本关系，时间。提出一种有效的实现钢桥面沥青混凝土蠕变和松广义Maxwell模型能较好地描述粘弹性材料弛函数之间转换的方法。的应力松弛特征，特别是可通过调整E、改变松(s)：_(6)弛曲线的形态以适应不同材料的特点。在某一个SJ(s)[M]体

6、中去掉一个弹簧，即令E=∞，则模型不再其中：(s)=L[J(t)]，J(s)=L[E(t)]是具有瞬时弹性，而在某一个[M]体(如第．n个)中蠕变函数J(t)与松弛函数E(t)的拉普拉斯变换。去掉一个粘壶，即令=∞，则模型不再具有长期从式(6)中可以看出由一个函数求另一个函粘性流动变形。此时，更一般的松弛应力的表达数具有相同的过程，其中的计算涉及到对函数的式为：拉普拉斯的变换和逆变换。将J(t)表示成多项式n一1的形式：()=E0(∑Eie仃‘+E。)(5)式中：称为静载弹性模量。．，()=∑akt(7)3粘弹性本构函数之间的关系

7、当只有离散的试验数据点时，多项式完全可由于试验设备、试验条件和经费的限制，使我以对试验数据点进行精确的曲线拟合。式(7)的们不能直接从试验中获得更多试验曲线，从而对系数a及项数k完全由计算机做实验曲线的非线钢桥面沥青混凝土铺装材料粘弹性力学性能进行性回归的精度来控制决定，其误差小于百分之一。有效的描述。因此，研究并总结各粘弹性本构函多项式的拉普拉斯变换和逆变换简单易行，对式数之间的关系，从而根据已知的某种描述材料粘(7)进行拉普拉斯变换可得到：弹性力学性能的曲线(如蠕变曲线)，通过一定的．，()：可k!ak(8)转换关系获取描述材

8、料在另外一种条件下的粘弹性本构关系(如松弛曲线)具有重要的现实意义。)：==(9)3．1粘弹性本构函数之间转换的基本方法根据各条件粘弹性本构函数的定义，我们可白以采用图2所示对它们之间的相互关系进行描由于式(9)为有理分式的形式，可分解为若干述各简