基于分布式光纖傳感器的鋼橋面鋪裝裂縫擴展模型研究

裂縫是鋼橋面鋪裝層的主要病害之一，對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其內(nèi)部天然存在的裂縫在行車荷載作用下的力學行為進行研究。本研究采用光纖傳感器對鋼橋面鋪裝層的裂縫的力學行為及其對其他類型病害過早出現(xiàn)造成的間接影響進行研究。通過瀝青混合料鋪裝層加鋼板的復合梁室內(nèi)試驗，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)、鋪裝層裂縫擴展和光纖應變的關(guān)系；對采集的鋪裝層變形 2100433B

基于及擴展了向量空間模型的模型包括：

• 廣義向量空間模型

• （增強的）基于主題的向量空間模型

• 潛在語義學

• 潛在語義索引

• DSIR模型

• 詞匯鑒別（Term Discrimination）

• Rocchio分類

傳統(tǒng)的強度理論認為，當瀝青罩面層中某點的臨界應力超過瀝青混凝土本身的極限強度時，瀝青罩面層即達到破壞狀態(tài)。實際上并非如此，瀝青罩面層中的反射裂縫從其產(chǎn)生到整個路面破壞，中間要經(jīng)歷一個裂縫擴展階段，即反射裂縫在罩面層厚度方向上的縱向擴展和在其表面的橫向擴展。

反射裂縫的縱向擴展

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

反射裂縫的橫向擴展

反射裂縫在瞬間是不可能貫穿整個路面寬度，除非在應力作用時，裂縫的長度已經(jīng)等于或大于相對整個路面寬度的臨界長度（這里的臨界長度是指當裂縫的長度接近或大于該長度時，裂縫的擴展非?？於沂遣环€(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)擴展。一般情況下，反射裂縫多出現(xiàn)在輪跡處，因為溫度對反射裂縫的影響在整個路面寬度內(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)境因素的負效應，反射裂縫一經(jīng)出現(xiàn)，水分的浸入、氧化以及行車的反復作用，常常使得反射裂縫加速向四周擴展，即使裂縫貫穿整個路面寬度，也不會立即影響到行車的舒適性。同時，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)計壽命 。2100433B

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