《道路养护与管理》课程论文.doc

1、 市 政 道 路 养 护 与 管 理 课程论文论 文 题 目 ： 断 裂 与 损 伤 力 学 在 钢 桥 面 沥 青 铺 装 层 研 究 中 的 应 用 现 状 概 述姓 名 ： X X X学 号 ： XXX专 业 班 级 ： 2011 级 土 木 工 程 X 班 （ 道 桥 方 向 ）任 课 教 师 ： 陈 晓 刚1摘 要本 文 从 钢 桥 面 沥 青 铺 装 层 的 裂 缝 类 型 、 三 维 断 裂 力 学 模 型 、断 裂 力 学 参 数 和 断 裂 判 据 、 最 不 利 荷 载 位 置 确 定 、 疲 劳 寿 命 预 估等 方 面 简 要 地 介 绍 了 断 裂 力 学 在 钢 桥

2、 面 沥 青 铺 装 层 中 的 应 用 现 状 。实 验 和 工 程 经 验 证 明 ， 断 裂 力 学 在 钢 桥 面 沥 青 铺 装 层 中 的 应 用 可以 为 桥 面 铺 装 的 抗 裂 设 计 提 供 依 据 ， 并 且 为 铺 装 结 构 的 裂 缝 修 补时 机 研 究 提 供 参 考 ， 能 够 较 准 确 地 预 估 沥 青 铺 装 层 的 疲 劳 寿 命 。关 键 词 ： 断 裂 力 学 钢 桥 面 沥 青 铺 装 层 应 用 现 状2引 言 大 跨 径 钢 桥 桥 面 铺 装 层 的 使 用 条 件 十 分 苛 刻 ， 对 铺 装 材 料 要 求 非 常高 。 沥 青

3、混 合 料 具 有 优 越 的 路 面 使 用 性 能 ， 广 泛 应 用 于 高 等 级 公 路 路 面 和钢 桥 桥 面 的 铺 装 工 程 ， 目 前 国 内 外 已 建 成 的 钢 桥 桥 面 铺 装 层 大 都 采 用 沥 青混 合 料 。 特 别 是 环 氧 沥 青 混 凝 土 已 经 成 为 大 跨 径 钢 桥 桥 面 铺 装 的 首 选 材 料 ，在 中 国 有 很 大 的 推 广 应 用 前 景 。由 于 大 多 数 沥 青 混 合 料 是 富 有 微 细 观 缺 陷 ， 在 荷 载 作 用 后 会 在 其 中出 现 微 细 观 裂 纹 ， 并 随 着 荷 载 的 周 期 性

4、 作 用 而 逐 渐 扩 展 ， 最 终 导 致 沥 青 材料 的 损 伤 破 坏 。根 据 实 桥 调 查 发 现 ， 裂 缝 是 钢 桥 面 铺 装 的 主 要 病 害 形 式 ， 裂 缝 的 扩展 是 铺 装 层 失 效 的 原 因 之 一 。 目 前 从 断 裂 力 学 角 度 对 环 氧 沥 青 混 凝 土 铺 装裂 缝 的 研 究 较 少 ， 对 铺 装 的 断 裂 失 效 判 据 认 识 不 深 。 不 少 研 究 人 员 根 据 路面 设 计 理 论 研 究 钢 桥 面 铺 装 的 失 效 判 据 。 把 铺 装 层 表 面 最 大 拉 应 力 或 拉 应变 作 为 铺 装 的

5、 疲 劳 失 效 判 据 ， 所 得 结 论 与 实 际 路 面 情 况 不 符 。 断 裂 力 学 可用 于 描 述 微 裂 纹 的 萌 生 与 发 展 过 程 ， 研 究 宏 观 裂 缝 的 稳 定 与 失 稳 扩 展 规 律 ，本 文 介 绍 了 基 于 断 裂 力 学 理 论 研 究 大 跨 径 钢 桥 桥 面 铺 装 的 疲 劳 失 效 判 据 准则 。目 前 的 钢 桥 面 铺 装 层 设 计 方 法 是 基 于 沥 青 混 合 料 的 疲 劳 方 程 进 行 疲 劳寿 命 预 估 ， 并 将 铺 装 层 表 面 的 最 大 拉 应 变 或 拉 应 力 作 为 设 计 指 标 ，

6、计 算 设计 指 标 时 所 建 立 的 钢 桥 面 系 力 学 模 型 ， 忽 略 铺 装 层 内 存 在 的 裂 缝 等 缺 陷 ，将 铺 装 层 当 作 无 缺 陷 的 完 好 结 构 。 事 实 上 ， 经 过 碾 压 、 大 幅 降 温 、 养 护 等一 系 列 过 程 ， 钢 桥 面 铺 装 层 在 投 入 使 用 之 前 即 带 有 初 始 裂 缝 ， 初 始 裂 缝 在轴 载 和 环 境 条 件 的 反 复 作 用 下 逐 步 扩 展 ， 直 至 达 到 临 界 破 坏 状 态 。 带 裂 缝的 铺 装 层 在 外 荷 载 作 用 下 ， 应 力 、 应 变 分 布 与 完 好

7、 铺 装 层 结 构 的 情 况 有 很大 差 别 ， 控 制 铺 装 层 疲 劳 破 坏 的 指 标 不 再 是 表 面 应 力 、 应 变 值 ， 而 是 裂 缝前 沿 局 部 应 力 、 应 变 场 的 强 度 ， 应 该 应 用 断 裂 力 学 来 研 究 铺 装 层 的 疲 劳 破坏 过 程 。断 裂 力 学 立 足 于 铺 装 层 存 在 缺 陷 的 事 实 ， 将 铺 装 层 的 疲 劳 过 程 看 作 是裂 缝 扩 展 过 程 ， 通 过 研 究 裂 缝 前 沿 的 局 部 应 力 、 应 变 场 ， 以 把 握 裂 缝 的3疲 劳 扩 展 规 律 并 预 估 铺 装 层 的

8、疲 劳 寿 命 。 在 线 弹 性 断 裂 力 学 中 ， 应 力 强度 因 子 是 表 征 裂 缝 前 沿 局 部 应 力 、 应 变 场 强 度 最 常 用 的 指 标 ， 裂 缝 的 疲劳 扩 展 形 态 由 应 力 强 度 因 子 所 决 定 ， 通 过 研 究 应 力 强 度 因 子 的 变 化 规 律 ，可 以 预 测 和 跟 踪 裂 缝 扩 展 过 程 。1 钢 桥 面 铺 装 层 裂 缝 的 类 型正 交 异 性 钢 桥 面 铺 装 结 构 与 一 般 公 路 沥 青 混 凝 土 路 面 结 构 不 同 ， 两 者的 受 力 模 式 完 全 不 同 。 如 下 图 1为 路 面

9、 结 构 与 钢 桥 面 铺 装 结 构 的 对 比 。图 1 典 型 的 路 面 结 构 和 钢 桥 面 铺 装 结 构 断 面 对 比从 图 1可 以 看 出 ： 典 型 路 面 的 沥 青 混 合 料 面 层 位 于 刚 度 较 均 匀 的 基 层上 ， 而 钢 桥 面 铺 装 层 则 位 于 刚 度 不 均 匀 的 钢 桥 面 板 上 。 对 于 一 般 的 沥 青 混凝 土 路 面 。 沥 青 混 凝 土 面 层 的 最 大 拉 应 力 或 拉 应 变 均 出 现 在 面 层 底 面 ， 疲劳 裂 缝 从 面 层 的 底 面 向 顶 面 扩 展 ， 通 常 认 为 在 交 通 荷 载

10、 作 用 下 沥 青 路 面 最危 险 的 开 裂 方 式 为 型 剪 切 开 裂 方 式 。 而 对 于 钢 桥 面 沥 青 混 合 料 铺 装 ，由 于 正 交 异 性 钢 桥 面 板 柔 度 大 ， 在 车 辆 荷 载 与 外 界 环 境 的 共 同 影 响 下 ， 钢桥 面 板 局 部 变 形 。 由 于 加 劲 肋 的 支 撑 作 用 。 在 车 辆 荷 载 作 用 下 ， 加 劲 肋 、横 肋 或 横 隔 板 、 纵 隔 板 顶 部 的 铺 装 层 表 面 出 现 明 显 的 应 力 集 中 现 象 ， 从 而使 该 处 产 生 裂 缝 ， 并 且 裂 缝 从 铺 装 层 表 面

11、向 底 面 扩 展 ， 裂 缝 的 扩 展 形 式 以I型 张 开 开 裂 为 主 ， I型 裂 缝 已 经 成 为 铺 装 最 危 险 的 开 裂 方 式 口 。 因 此 本文 中 主 要 研 究 钢 桥 面 铺 装 的 I型 裂 缝 。2 钢 桥 面 铺 装 层 三 维 断 裂 力 学 模 型限 于 正 交 异 性 钢 桥 面 系 受 力 的 复 杂 性 ， 对 铺 装 层 的 力 学 分 析 主 要 采 用以 有 限 元 单 元 法 为 主 的 数 值 方 法 ， 带 裂 缝 的 正 交 异 性 钢 桥 面 系 的 断 裂 力 学分 析 也 只 能 采 用 有 限 元 法 ， 这 里 首

12、 先 建 立 局 部 正 交 异 性 钢 桥 面 系 三 维 断 裂力 学 有 限 元 模 型 。 轴 载 对 钢 桥 面 铺 装 层 的 作 用 具 有 很 强 的 局 部 效 应 ， 局 部受 轮 载 的 反 复 作 用 是 导 致 铺 装 层 损 坏 的 最 直 接 原 因 ， 为 此 ， 截 取 长 为3跨 横 隔 板 间 距 、 宽 为 8跨 纵 向 加 劲 肋 的 局 部 正 交 异 性 钢 桥 面 系 模 型 。 沿纵 向 加 劲 肋 顶 部 疲 劳 开 裂 是 正 交 异 性 钢 桥 面 铺 装 层 最 主 要 的 破 坏 形 式 ， 假设 沿 纵 向 加 劲 肋 顶 部 铺

13、装 层 表 面 有 一 条 纵 向 裂 缝 ， 裂 缝 面 为 竖 直 面 ， 裂 缝4竖 值 向 下 扩 展 ； 研 究 表 面 裂 缝 向 下 扩 展 时 ， 裂 缝 沿 表 面 水 平 向 贯 穿 越 长 ，裂 缝 向 下 竖 直 扩 展 所 受 的 约 束 就 越 小 ， 即 越 有 利 于 裂 缝 向 下 扩 展 ， 为 此 ，这 里 考 察 裂 缝 水 平 方 向 贯 穿 局 部 桥 面 系 整 个 纵 向 长 度 这 种 最 不 利 情 况 ， 如下 图 2、 图 3所 示 。图 2 钢 桥 面 系 纵 截 面 和 纵 向 荷 载 位 置 示 意 图图 3 带 裂 缝 的 钢 桥

14、 面 系 横 截 面 与 横 向 荷 载 位 置 示 意 图3 断 裂 力 学 参 数 及 断 裂 判 据因 为 裂 缝 尖 端 应 力 具 有 奇 异 性 ， 经 典 的 强 度 理 论 不 能 解 决 这 类 问 题 ，而 应 力 强 度 因 子 K可 以 有 效 描 述 这 类 问 题 ， 它 反 映 了 线 弹 性 材 料 裂 缝 尖 端弹 性 应 力 场 的 场 强 。 I型 裂 缝 应 力 强 度 因 子 KI的 临 界 值 Ktc表 征 了 材 料阻 止 裂 缝 扩 展 的 能 力 ， 是 材 料 抵 抗 断 裂 的 韧 性 指 标 ， 称 为 断 裂 韧 性 。 当 构件 的

15、K值 达 到 其 临 界 值 KIC时 ， 构 件 就 会 失 稳 断 裂 。 脆 性 断裂 的 应 力 强 度 因 子 判 据 可 以 表 示 为 ： K=KIC。 KIC为 材 料 常 数 ， 可 通 过 试验 测 定 。 对 于 切 口 三 点 弯 曲 梁 试 件 ， 断 裂 韧 性 KIC由 式 (1)计 算 5(1)(f023WaBSPKQIC式 中 ： PQ为 临 界 荷 载 ； B为 试 件 宽 度 ； W为 试 件 高 度 ； a0为 初 始 裂 缝 深度 ； S为 弯 曲 梁 支 点 之 间 的 距 离 。 临 界 荷 载 PQ和 初 始 裂 缝 深 度 a0。 的 确定 方

16、 法 见 GB 416l一 84。 f( )为 系 数 ， 按 照 式 (2)计 算a0(2)90702502302100 (.386.)(8.1.)(9.)(f WaWa 当 裂 缝 尖 端 出 现 较 大 的 塑 性 变 形 时 ， 线 弹 性 裂 纹 解 不 能 描 述 问 题 的 真实 状 态 ， 这 时 可 以 引 入 弹 塑 性 断 裂 参 数 ， 积 分 来 描 述 这 类 问 题 。 它 反映 了 裂 缝 尖 端 弹 塑 性 应 力 场 的 场 强 ， 且 由 于 积 分 路 径 无 关 性 。 J积 分绕 开 了 裂 缝 尖 端 的 塑 性 区 ， 避 免 分 析 塑 性 区

17、 复 杂 的 力 学 性 状 。 大 量 试 验 表明 ， J积 分 可 以 作 为 裂 缝 起 裂 判 据 ， 其 数 据 较 稳 定 ， 并 与 试 件 尺 寸 无 关 。在 弹 塑 性 情 况 下 ， J积 分 的 值 由 线 弹 性 J值 和 塑 性 J值 2个 部 分 组 成 。图 4中 区 为 弹 性 形 变 能 Ue， 区 为 弹 塑 性 形 变 能 Up。 三 点 弯 曲 梁 J积分 的 表 达 式 为（ 3）)(2)1(012e aWBEKJpp式 中 ： E为 弹 性 模 量 ， 可 以 根 据 荷 载 一 加 载 点 位 移 (P-V)曲 线 采 用 初 始柔 度 法 计

18、 算 得 出 ； 为 泊 松 比 ， 取 为 0 3； Up可 根 据 P-V曲 线 采 用Matlab软 件 编 程 计 算 得 出 。 测 定 材 料 的 JIC值 ， 可 采 用 深 裂 纹 单 试 样 ，由 临 界 点 所 对 应 的 位 移 值 VC。 和 载 荷 值 PQ按 式 (4)进 行 计 算 。 当 裂 纹 尖端 的 J积 分 达 到 临 界 值 JIC(J=JIC)时 ， 裂 缝 开 始 扩 展 。 若 P-V曲 线 上 升段 呈 线 性 ， 则 UP的 值 很 小 ， 可 以 忽 略 。 这 时 断 裂 韧 性 KIC。 和 JIC可 以通 过 式 (4)转 换(4)E

19、KJICIC2)1(6图 4 单 试 样 P-V曲 线4 最 不 利 荷 位 的 确 定行 驶 在 正 交 异 性 钢 桥 面 系 的 车 辆 ， 当 车 辆 轮 胎 与 铺 装 层 的 接 触 相 对 于纵 向 加 劲 肋 、 横 隔 板 的 位 置 改 变 时 ， 铺 装 层 内 产 生 的 最 大 应 力 、 应 变 值 也将 发 生 变 化 ， 对 铺 装 层 的 损 伤 也 将 不 同 ， 那 些 在 铺 装 层 内 产 生 最 大 应 力 、应 变 响 应 的 轴 载 作 用 位 置 称 为 最 不 利 荷 位 ， 轴 载 作 用 在 最 不 利 荷 位 下 的 铺装 层 的 应

20、力 、 应 变 响 应 值 是 进 行 铺 装 层 设 计 的 主 要 依 据 ， 因 此 ， 进 行 钢 桥面 系 力 学 分 析 之 前 首 先 应 该 确 定 轴 载 作 用 的 最 不 利 荷 位 。现 有 的 钢 桥 面 系 力 学 模 型 都 是 将 铺 装 层 看 作 无 缺 陷 的 完 好 结 构 ， 针 对该 模 型 的 轴 载 作 用 最 不 利 荷 位 问 题 ， 许 多 文 献 对 此 做 了 探 讨 。 当 铺 装 层 内存 在 裂 缝 时 ， 铺 装 层 内 的 应 力 、 应 变 状 态 与 无 裂 缝 铺 装 层 的情 况 是 不 同 的 ， 且 所 关 心 的

21、 力 学 参 量 也 不 再 是 铺 装 层 表 面 的 最 大 应 力 、 应变 值 ， 而 是 由 应 力 强 度 因 子 所 表 征 的 裂 缝 尖 端 应 力 、 应 变 场 强 度 ， 对 比 分析 不 同 荷 位 下 的 裂 缝 应 力 强 度 因 子 大 小 ， 可 以 确 定 轴 载 作 用 的 最 不 利 荷 位 。这 里 选 择 如 图 3所 示 的 9个 荷 位 进 行 分 析 比 较 。 三 维 裂 缝 属 于I、 、 混 合 型 开 裂 问 题 ， 裂 缝 的 扩 展 必 须 考 虑 3种 开 裂 模 式 的 综 合作 用 ， 其 应 力 强 度 因 子 也 应 该

22、是 3种 应 力 强 度 因 子 Kl、 K 、 K 的 组 合 ，目 前 关 于 混 合 型 裂 缝 的 断 裂 判 据 准 则 还 不 是 很 统 一 ， 工 程 中 从 偏 于 安 全 的角 度 出 发 ， 并 参 考 最 小 应 变 能 密 度 因 子 理 论 ， 采 用 式 (5)表 示 等 效 应力 强 度 因 子 Ke.7(5)由 于 荷 载 和 模 型 都 以 荷 载 面 积 横 向 中 心 线 为 对 称 轴 ， 经 过 该 对 称 轴 的横 截 面 上 的 裂 缝 尖 端 处 于 平 面 应 变 状 态 ， 计 算 结 果 显 示 ， K O可 忽略 不 计 ， 9个 荷

23、位 的 计 算 结 果 如 表 1所 示 。表 1 轴 载 作 用 于 不 同 荷 位 的 应 力 强 度 因 子 值从 表 1的 数 据 可 以 看 出 ， 荷 位 8为 最 不 利 荷 位 ， 该 荷 位 的 荷 载 作 用 面积 一 侧 边 缘 紧 靠 裂 缝 线 ， 后 面 将 以 该 荷 位 作 为 标 准 荷 位 进 行 裂 缝 疲 劳 扩 展寿 命 分 析 。5 铺 装 层 疲 劳 寿 命 预 估从 现 场 观 察 来 看 ， 铺 装 层 表 面 裂 缝 几 乎 是 垂 直 向 下 扩 展 的 ， 因 此 ， 可以 认 为 裂 缝 扩 展 角 =0， 描 述 裂 缝 扩 展 规

24、律 最 常 用 的 是 Paris公 式 :（ 6） （ 7）式 中 ： C、 n为 材 料 常 数 ， 由 试 验 确 定 ； a0,ae分 别 为 初 始 裂 缝 深 度 和 临界 裂 缝 深 度 ； N为 疲 劳 扩 展 寿 命 : K=Kmax-Kmin为 应 力 强 度 因 子 增 幅 ， 在这 里 .0mink要 计 算 式 (7)的 积 分 ， 首 先 要 将 应 力 强 度 因 子 表 示 为 裂 缝 深 度 a的8函 数 ， 采 用 有 限 元 法 计 算 出 不 同 深 度 a的 裂 缝 应 力 强 度 因 子 值 ， 然 后 进行 曲 线 拟 合 得 到 应 力 强 度

25、因 子 与 裂 缝 深 度 a的 关 系 式 。 图 5是 应 力 强 度因 子 Kl、 K 、 K 随 裂 缝 深 a变 化 的 曲 线 。图 5 应 力 强 度 因 子 随 裂 缝 深 度 的 变 化 曲 线对 图 5的 曲 线 进 行 拟 合 得 到 等 效 应 力 强 度 因 子 为 裂 缝 深 度 a的 二 次 多 项式 （ 8） 。（ 8）321ep)(faaK其 中 ， 回 归 系 数 值 Pl=一 0 003475、 P2=0 2193、 P3= 3 537： 相 关系 数 为 0 9948。对 于 沥 青 混 合 料 的 疲 劳 扩 展 参 数 C、 n的 值 ， 国 外 文

26、 献 积 累 了 较 多 的试 验 数 据 ， 综 合 对 比 铺 装 混 合 料 和 文 献 所 用 的 试 验 混 合 料 ， 选 择C=2.710-6、 n=2.8。 初 始 裂 缝 深 度 C0的 确 定 对 于 计 算 疲 劳 扩 展 寿 命 很关 键 ， 过 小 C0的 将 使 基 于 连 续 介 质 力 学 理 论 的 断 裂 力 学 不 能 适 用 。Uzan和 Lytton在 沥 青 混 合 料 的 疲 劳 试 验 过 程 中 ， 测 得 每 荷 载 循 环 能 耗 由初 期 的 稳 定 增 长 阶 段 突 然 转 变 为 快 速 增 长 阶 段 ， 区 分 这 两 个 阶

27、段 的 裂 缝 临界 深 度 是 7 5 mm， 设 此 值 为 裂 缝 疲 劳 扩 展 的 初 始 深 度 CO； Li Yongqi在 材 料 试 验 中 测 得 初 始 裂 缝 深 度 为 6 9 mm， 相 应 于 裂 缝 宽 度 1 5 mm； 综 合 两 者 ， 本 文 选 择 初 始 裂 缝 深 度 为 7 0 mm。 临 界 裂 缝 深 度 即 为9铺 装 层 的 总 厚 度 值 。 式 (7)中 的 被 积 函 数 太 复 杂 ， 无 法 直 接 积 分 ， 只 能采 用 数 值 方 法 求 解 。 给 定 区 间 长 度 为 a， 将 积 分 区 间 a0,ac划 分 成个

28、 小 区 间 ai， ai+1， 每 口 个 积 分 小 区 间 中 点 的 被 积 函 数 值 与ac0m区 间 长 度 Aa的 乘 积 为 该 区 间 的 积 分 值 ， 将 所 有 小 区 间 的 乘 积 累 加 起 来 就得 到 总 的 积 分 值 ， 即 疲 劳 寿 命 。式 (7)右 边 的 被 积 函 数 可 表 达 为 ：(9)这 样 式 (7)的 积 分 值 就 可 以 表 示 为 ：(10)以 南 京 长 江 二 桥 钢 桥 面 铺 装 层 为 例 ， 基 于 断 裂 力 学 预 测 的 疲 劳 寿 命 为985 62万 次 ， 其 他 方 法 预 测 的 疲 劳 寿 命

29、分 别 为 ： 基 于 唯 像 学 疲 劳 方 程 为1200万 次 、 能 耗 法 为 26294 69万 次 、 损 伤 力 学 方 法 为 14844 58万 次 。基 于 断 裂 力 学 方 法 预 测 的 疲 劳 寿 命 是 最 小 的 ， 其 主 要 原 因 有 ：(1)基 于 断 裂 力 学 方 法 计 算 的 疲 劳 寿 命 ， 不 包 含 铺 装 层 从 完 好 状 态 到 初 始裂 缝 出 现 这 一 过 程 的 裂 缝 初 始 化 寿 命 ， 而 其 他 3种 方 法 预 测 的 疲 劳 寿 命均 是 铺 装 层 从 完 好 状 态 到 完 全 破 坏 状 态 的 整 个

30、 使 用 寿 命 。(2)裂 缝 的 疲 劳 扩 展 寿 命 受 材 料 的 疲 劳 扩 展 参 数 C、 n影 响 很 大 ， 本 文 选择 的 参 数 值 来 源 于 相 关 文 献 中 相 近 材 料 的 试 验 结 果 ， 这 与 实 际 材 料 性 能 有差 别 ， 工 程 经 验 表 明 ， 钢 桥 面 铺 装 用 的 沥 青 混 合 料 抗 断 裂 性 能 比 普 通 路 用沥 青 混 合 料 更 好 ， 需 要 通 过 试 验 测 定 钢 桥 面 铺 装 材 料 的 疲 劳 扩 展 参 数C、 凡 的 值 。6 小 结(1)环 氧 沥 青 混 凝 土 在 不 同 温 度 条 件

31、 下 其 断 裂 模 式 不 同 ： 当 温 度 低 于5 时 环 氧 沥 青 混 凝 土 发 生 脆 性 断 裂 ， 试 件 断 裂 的 裂 缝 穿 过 粗 集 料 ； 当 温度 高 于 5 时 试 件 产 生 弹 塑 性 断 裂 ， 裂 缝 缓 慢 扩 展 ， 且 扩 展 路 径 绕 过 粗 集10料 。 对 于 环 氧 沥 青 混 凝 土 材 料 ， 将 5 作 为 断 裂 特 性 改 变 的 临 界 点 。(2)不 同 温 度 下 断 裂 韧 性 KIC和 JIC的 相 互 转 换 关 系 证 明 了 一 15 5时 试 件 发 生 了 线 弹 性 变 形 ， 5 25 时 试 件 发

32、 生 了 明 显 的 弹 塑 性 变 形 。(3)考 虑 到 断 裂 韧 性 KIC和 JIC不 同 的 特 点 和 使 用 条 件 ， 建 立 基 于 断 裂 韧 性和 J积 分 的 联 合 断 裂 判 据 ， 即 K-J联 合 断 裂 判 据 ： 当 温 度 低 于 5 时 ，采 用 断 裂 韧 性 作 为 断 裂 判 据 ； 当 温 度 高 于 5 时 ， 采 用 J积 分 参 数 作 为断 裂 判 据 。(4)本 文 中 试 验 采 用 的 级 配 、 原 材 料 和 油 石 比 是 目 前 中 国 钢 桥 面 铺 装 最 为常 用 的 ， 所 得 结 论 是 否 能 应 用 于 不

33、同 级 配 、 不 同 原 材 料 和 不 同 油 石 比 的 环氧 沥 青 混 凝 土 铺 装 还 有 待 进 一 步 研 究 。 （ 5） 随 着 轴 载 作 用 次 数 的 增 加 ， 钢 桥 面 铺 装 层 的 性 能 是 逐 渐 衰 减 的 ， 在不 同 的 使 用 阶 段 ， 相 同 的 荷 载 对 铺 装 层 所 造 成 的 损 伤 是 不 同 的 ， 基 于 唯 像学 的 疲 劳 方 程 将 铺 装 层 性 能 在 整 个 使 用 寿 命 期 内 看 作 平 均 、 不 变 的 ， 无 法跟 踪 铺 装 层 性 能 的 劣 化 过 程 。 基 于 断 裂 力 学 的 疲 劳 设

34、 计 方 法 ， 将 铺 装 层 的疲 劳 过 程 看 作 是 裂 缝 的 扩 展 过 程 ， 能 够 描 述 铺 装 层 性 能 劣 化 过 程 中 的 应 力 、应 变 状 态 的 变 化 ， 可 以 跟 踪 铺 装 层 的 破 坏 过 程 ， 与 基 于 唯 像 学 的 疲 劳 方 程相 比 ， 更 能 反 映 铺 装 层 实 际 受 力 状 况 ， 所 以 计 算 结 果 更 准 确 ， 设 计 更 为 可靠 。（ 6） 当 裂 缝 长 度 较 小 时 ， 裂 缝 主 要 沿 铺 装 层 表 面 扩 展 ； 当 扩 展 长 度 达 到一 定 值 时 ， 裂 缝 沿 深 度 方 向 扩

35、展 的 趋 势 增 强 ； 当 达 到 一 定 深 度 后 ， 裂 缝 向深 度 方 向 扩 展 的 应 力 场 逐 渐 减 弱 。 对 于 开 裂 深 度 为 20mm的 裂 缝 ， 长 度达 到 100mm时 最 容 易 发 生 失 稳 扩 展 ； 对 于 开 裂 长 度 为 50mm的 裂 缝 ， 深度 达 到 15mm时 进 一 步 扩 展 的 趋 势 最 明 显 。 当 开 裂 长 度 和 深 度 较 小 时 ， 裂缝 主 要 在 铺 装 层 表 面 发 生 张 拉 形 式 的 失 稳 扩 展 。 随 着 长 度 增 加 ， 铺 装 层 表面 裂 缝 尖 端 处 发 生 面 内 剪

36、切 的 可 能 性 增 大 ， 裂 缝 深 度 方 向 上 易 发 生 面 外 剪切 引 起 的 扩 展 。 随 着 深 度 增 加 ， 铺 装 层 表 面 裂 缝 尖 端 处 发 生 面 外 剪 切 的 可能 性 增 大 。（ 7） 在 一 定 范 围 内 ， 裂 缝 长 度 和 深 度 的 增 加 ， 都 会 引 起 铺 装 层 表 面 横 向11拉 应 力 （ 拉 应 变 ） 、 纵 向 拉 应 力 （ 拉 应 变 ） 的 增 大 ， 随 着 裂 缝 发 展 ， 可 能引 起 次 生 裂 缝 的 产 生 ， 并 且 裂 缝 数 量 的 增 加 对 铺 装 层 的 受 力 不 利 ， 因

37、此 铺装 表 面 可 能 进 一 步 发 展 形 成 网 状 裂 纹 。 裂 缝 长 度 和 深 度 的 增 加 均 会 引 起 钢板 和 铺 装 层 间 剪 应 力 的 增 大 ， 特 别 是 裂 缝 深 度 的 增 加 对 剪 应 力 影 响 较 大 ，控 制 裂 缝 的 扩 展 ， 可 以 防 止 层 间 粘 结 层 的 破 坏 。 因 此 对 于 已 发 生 的 开 裂 ，应 该 在 其 扩 展 到 最 不 利 情 况 前 及 时 修 补 。12参 考 文 献1 洪 起 超 工 程 断 裂 力 学 基 础 上 海 交 通 大 学 出 版 社 1986年2 钱 振 东 ， 李 智 ， 陈

38、 春 红 钢 桥 面 环 氧 沥 青 混 凝 土 铺 装 层 I型裂 缝 的 断 裂 判 据 中 国 公 路 学 报 2008， 21（ 5） 3 敬 淼 淼 钢 桥 面 沥 青 铺 装 层 裂 缝 病 害 分 析 公 路 交 通 科 技 2007， 24（ 2）4 徐 勋 倩 ， 黄 卫 ， 吴 国 庆 基 于 损 伤 -断 裂 力 学 的 钢 桥 面 铺 装体 系 疲 劳 特 性 研 究 公 路 交 通 科 技 2006， 23(4) 5 林 广 平 ， 黄 卫 ， 刘 振 清 正 交 异 性 钢 桥 面 铺 装 层 表 面 裂 缝应 力 强 度 因 子 分 析 公 路 交 通 科 技 2

39、006， 23（ 2）6 黄 卫 林 广 平 钱 振 东 等 正 交 异 性 钢 桥 面 铺 装 层 疲 劳 寿命 的 断 裂 力 学 分 析 土 木 工 程 学 报 2006， 39（ 9）13参 考 题 目 ：1.公 路 路 基 常 见 病 害 的 原 因 和 治 理 措 施2.沥 青 路 面 常 见 病 害 的 原 因 和 治 理 措 施3.水 泥 混 凝 土 路 面 常 见 病 害 的 原 因 和 治 理 措 施4.桥 梁 上 部 结 构 的 养 护 与 加 固5.桥 梁 下 部 结 构 的 养 护 与 加 固6.公 路 隧 道 常 见 病 害 的 原 因 和 治 理 措 施备 注 ：（ 1） 只 要 与 路 桥 方 向 （ 道 路 、 桥 梁 、 涵 洞 、 隧 道 等 方 面 ）相 关 的 论 文 题 目 均 可 ， 正 文 字 数 要 求 在 4000字 以 上 。（ 2） 请 同 学 们 在 最 后 一 次 课 程 时 将 课 程 论 文 的 打 印 稿 交给 自 己 所 在 班 级 的 学 习 委 员 。(3)请 同 学 们 尽 量 参 考 学 校 数 据 库 文 献 资 料 ,以 培 养 自 己查 找 文 献 和 写 作 文 章 的 能 力 。