基于分布式光纖傳感器的鋼橋面鋪裝裂縫擴(kuò)展模型研究中文摘要

裂縫是鋼橋面鋪裝層的主要病害之一，對(duì)鋪裝層的使用壽命有很大影響。研究鋼橋面鋪裝的病害首先要對(duì)其內(nèi)部天然存在的裂縫在行車荷載作用下的力學(xué)行為進(jìn)行研究。本研究采用光纖傳感器對(duì)鋼橋面鋪裝層的裂縫的力學(xué)行為及其對(duì)其他類型病害過早出現(xiàn)造成的間接影響進(jìn)行研究。通過瀝青混合料鋪裝層加鋼板的復(fù)合梁室內(nèi)試驗(yàn)，確定光纖的合理鋪設(shè)方式以及布設(shè)方法；研究行車荷載作用次數(shù)、鋪裝層裂縫擴(kuò)展和光纖應(yīng)變的關(guān)系；對(duì)采集的鋪裝層變形 2100433B

基于及擴(kuò)展了向量空間模型的模型包括：

• 廣義向量空間模型

• （增強(qiáng)的）基于主題的向量空間模型

• 潛在語義學(xué)

• 潛在語義索引

• DSIR模型

• 詞匯鑒別（Term Discrimination）

• Rocchio分類

傳統(tǒng)的強(qiáng)度理論認(rèn)為，當(dāng)瀝青罩面層中某點(diǎn)的臨界應(yīng)力超過瀝青混凝土本身的極限強(qiáng)度時(shí)，瀝青罩面層即達(dá)到破壞狀態(tài)。實(shí)際上并非如此，瀝青罩面層中的反射裂縫從其產(chǎn)生到整個(gè)路面破壞，中間要經(jīng)歷一個(gè)裂縫擴(kuò)展階段，即反射裂縫在罩面層厚度方向上的縱向擴(kuò)展和在其表面的橫向擴(kuò)展。

反射裂縫的縱向擴(kuò)展

斷裂力學(xué)認(rèn)為，裂縫的擴(kuò)展有三種位移模式：張開模式、剪切模式和撕開模式。其中溫度應(yīng)力對(duì)反射裂縫影響的模式為張開模式，行車荷載對(duì)反射裂縫影響的主要模式是張開模式和剪切模式。當(dāng)車輪駛經(jīng)裂縫的正上方時(shí)，以張開模式來引起反射裂縫，當(dāng)車輪駛在裂縫之前和之后的位置時(shí)，以剪切模式影響反射裂縫。撕開模式在罩面層中不常出現(xiàn)。與張開模式相對(duì)應(yīng)的溫度型反射裂縫通常產(chǎn)生于罩面層的底部，而后向上逐漸擴(kuò)展到罩面層頂面。Rigo等人應(yīng)用SAPLI5程序模擬溫度應(yīng)力作用下反射裂縫的擴(kuò)展路徑，幾乎是垂直向上擴(kuò)展的，但當(dāng)氣溫非常低時(shí)，Haas認(rèn)為，裂縫產(chǎn)生在罩面層的頂面和底面，而后向罩面層中間擴(kuò)展，裂縫的這種擴(kuò)展方式在Button的“罩面試驗(yàn)”中得到驗(yàn)證。對(duì)于正荷載作用下的張拉位移模式所對(duì)應(yīng)的反射裂縫，一般產(chǎn)生于罩面層的底面，在周期性荷載的作用下垂直向上擴(kuò)展。Brown和Caltabiano在室內(nèi)試驗(yàn)都證實(shí)了裂縫的這種擴(kuò)展模式。在偏荷載作用時(shí)，反射裂縫以剪切模式在罩面層中向上擴(kuò)展，Rigo等人對(duì)其擴(kuò)展路徑進(jìn)行了分析，認(rèn)為裂縫在罩面層中是沿45.角的方向向上擴(kuò)展的。當(dāng)車輪荷載（偏荷載）和溫度應(yīng)力共同作用于復(fù)合罩面結(jié)構(gòu)時(shí)，Rigo等人的分析結(jié)果顯示，裂縫的擴(kuò)展介于偏荷載和溫度應(yīng)力單獨(dú)作用時(shí)裂縫擴(kuò)展路徑之間，比偏荷載作用時(shí)的裂縫擴(kuò)展途徑更垂直一些 。

反射裂縫的橫向擴(kuò)展

反射裂縫在瞬間是不可能貫穿整個(gè)路面寬度，除非在應(yīng)力作用時(shí)，裂縫的長(zhǎng)度已經(jīng)等于或大于相對(duì)整個(gè)路面寬度的臨界長(zhǎng)度（這里的臨界長(zhǎng)度是指當(dāng)裂縫的長(zhǎng)度接近或大于該長(zhǎng)度時(shí)，裂縫的擴(kuò)展非常快而且是不穩(wěn)定的）。較為合理的發(fā)展過程是裂縫首先在路表面某些位置產(chǎn)生，然后再向兩側(cè)擴(kuò)展。一般情況下，反射裂縫多出現(xiàn)在輪跡處，因?yàn)闇囟葘?duì)反射裂縫的影響在整個(gè)路面寬度內(nèi)都是相同的，而行車荷載則是以一定的頻率分布在車道上的，尤其在渠化交通的道路上。與罩面層開裂有關(guān)的問題是環(huán)境因素的負(fù)效應(yīng)，反射裂縫一經(jīng)出現(xiàn)，水分的浸入、氧化以及行車的反復(fù)作用，常常使得反射裂縫加速向四周擴(kuò)展，即使裂縫貫穿整個(gè)路面寬度，也不會(huì)立即影響到行車的舒適性。同時(shí)，如果在罩面層與舊路面板之間加入了防反措施，如土工織物、SAMI等不透水材料，即使反射裂縫出現(xiàn)在罩面層頂面，如果這些不透水材料仍不破裂，那么就可以減少環(huán)境因素的影響，使罩面層保持在一定的使用水平，直到反射裂縫處的材料出現(xiàn)惡化。因此，即使罩面層中出現(xiàn)了裂縫，路面并不就因此而“破壞”了，如何定義路面的損壞將直接關(guān)系到罩面層的設(shè)計(jì)壽命 。2100433B

粗骨料的隨機(jī)分布造成混凝土材料的不均質(zhì)性，影響裂縫擴(kuò)展規(guī)律，進(jìn)而改變混凝土宏觀斷裂特性，這在全級(jí)配大骨料混凝土中體現(xiàn)得尤為明顯。本項(xiàng)目擬采用宏觀斷裂力學(xué)從細(xì)觀層次研究裂縫擴(kuò)展過程，提出以應(yīng)力強(qiáng)度因子為參量的復(fù)合型裂縫擴(kuò)展準(zhǔn)則，以判別混凝土不同介質(zhì)（砂漿、骨料及界面）在復(fù)雜應(yīng)力場(chǎng)下裂縫擴(kuò)展模式，重點(diǎn)研究裂縫尖端遇到骨料時(shí)產(chǎn)生的三種擴(kuò)展路徑，即裂縫穿過骨料、沿界面擴(kuò)展至砂漿及沿界面擴(kuò)展至骨料，以及不同擴(kuò)展路徑對(duì)裂縫演化、宏觀斷裂性能的影響。通過試驗(yàn)研究界面軟化本構(gòu)關(guān)系、細(xì)觀斷裂過程區(qū)形成機(jī)理，在此基礎(chǔ)上探討混凝土細(xì)觀結(jié)構(gòu)與宏觀斷裂能之間的關(guān)系，發(fā)展基于細(xì)觀層次的虛擬裂縫粘聚力的分離裂縫模型，結(jié)合理論分析實(shí)現(xiàn)對(duì)裂縫起裂、穩(wěn)定擴(kuò)展及失穩(wěn)破壞的全過程模擬。本項(xiàng)目提出的方法克服了宏觀力學(xué)無法解釋裂縫擴(kuò)展規(guī)律及細(xì)觀力學(xué)難以獲取界面力學(xué)參數(shù)的困難，為評(píng)價(jià)全級(jí)配大骨料混凝土結(jié)構(gòu)安全性提供了一個(gè)新的思路。