沥青混合料小梁弯曲试验与数值分析

张 兰 峰

(广东交通职业技术学院，广东 广州 510650)

沥青混合料小梁弯曲试验与数值分析

张 兰 峰

(广东交通职业技术学院，广东 广州 510650)

通过试验和ABAQUS有限元软件，分析了沥青混合料单点和双点两种小梁弯曲试验加载模式的特点，结果表明，ABAQUS有限元计算结果与双点加载模式试验结果具有较好的一致性，双点加载模式可以有效减少试验结果的变异性，提高试验结果的可靠性，所以小梁弯曲试验采用双点加载模式更加合理。

沥青混合料，单点加载，双点加载，有限元，弯拉强度，弯拉应变

抗拉强度是热拌沥青混合料路面的最重要指标之一。沥青路面的破坏,如疲劳开裂和低温缩裂,与热拌沥青混合料的抗拉强度密切相关。小梁弯曲试验是测量材料抗拉强度的重要试验之一，现行小梁弯曲试验有单点加载和双点加载两种受力模式，本文通过试验和有限元模拟，研究两种加载模式的特点，最终确定两种加载模式的合理性。

1 原材料与试样制备

1.1 沥青

沥青性能指标见表1。

1.2 集料

集料为石灰岩碎石,矿粉是石灰岩磨细得到的,其技术性质均满足规范要求。

1.3 级配及试样技术指标

混合料级配采用JTG F40—2004公路沥青路面施工技术规范推荐的AC-16配范围中值进行配比，混合料性能指标见表2。

1.4 试样制备

试件采用轮碾法成型,试模置室温下冷却至少12 h后方可脱模。将冷却后的试模切割成JTJ 052—2000公路工程沥青及沥青

混合料试验规程规定的沥青混合料弯曲试验采用的尺寸(30 mm×35 mm×250 mm的棱柱体小梁试件)，试验时将试件置于环境箱中保温，直到试件内部温度达到试验温度±0.5 ℃为止。本文分别采用单点加载模式和双点加载模式研究两种加载模式对小梁受力性能的影响。

表1 中海90号道路石油沥青性能指标测试数据表

表2 中海90号基质沥青为粘结剂的各沥青混合料最佳沥青用量试验数据表

2 试验

2.1 单点加载

小梁弯曲试验单点加载模式试验，试件破坏时的抗弯拉强度Rb、破坏时梁底最大弯拉应变εb按式(1),式(2)计算：

(1)

(2)

其中，Rb为试件破坏的抗弯拉强度，MPa；εb为试件破坏时梁底最大弯拉应变；b，h分别为跨中断面试件的宽度和高度，mm；L为试件的跨径，mm；PB为试件破坏时的最大荷载，N；d为试件破坏时的跨中挠度，mm。

2.2 双点加载

双点加载受力模式图见图1。

当k=t=L/3时，即三分点加载状态下，破坏时梁底弯拉应力Rb、梁底最大弯拉应变εb可根据式(3)，式(4)求出：

(3)

(4)

2.3 试验数据

试验分别在0 ℃，20 ℃进行，为了对比两种加载模式下的弯曲试验结果，选取了两种加载模式下的小梁试件各10根进行试验。以规定的速率(50 mm/min)分别对两组试件进行对中点单点集中加载和双点加载，直到试件破坏；由万能材料试验机MTS自动采集荷载P和跨中的变形值d。试验结果如表3所示。

表3 两种加载模式小梁弯曲试验结果

试验数据表明单点加载模式产生的数据结果变异性较大，单点加载试验中有的试件不是沿试样中线破坏，而在理论计算时，试件破坏时的弯拉应力和应变是按照破坏是从底边中点开始沿试样中线的理想状态下计算得到的。这样就出现理论计算与实际试验结果不符的现象。同时试件成型及沥青混合料自身的不均匀性,也可导致试验的结果离散性较大。而双点加载模式下，可以有效减少试件不在底边中线破坏的状况，理论计算与实际较符合，试验结果变异系数显著减小，结果较为理想。

3 有限元模拟

本文采用ABAQUS有限元模拟分析软件，分析小梁在两种加载模式下的受力状况。小梁弯曲试验的试件受力模式分别如图2，图3所示。梁底左右支撑的边界条件都是U1=U2=UR3=0。整个模型区域采用Quad单元，中轴算法，free模式划分网格，整个模型采用CPE8R(平面应变减积分单元类型)。

20 ℃单点、双点加载有限元模型计算结果表明(见表4)，最大弯拉应力和弯拉应变均出现在小梁模型底边中心，在底边产生的拉应力分布范围较大。在底边两个支撑处也出现局部较大拉应力。单点加载模式导致底边中心拉应力更加集中，较大拉应力分布范围较小。0 ℃单点、双点加载有限元模型计算有相似的20 ℃时单、双点加载有限元模拟结果规律。

表4 有限元计算结果数据表

4 结语

1)沥青混合料弯曲试验中双点加载模式减小了试验结果的变异性，数据结果稳定，而且室内试验容易实现，所以采用双点加载弯曲试验可以更好测量沥青混合料的弯曲性能。2)0 ℃，20 ℃的沥青混合料单、双点小梁弯曲加载试验结果与相应的有限元模拟结构有较好的符合性。

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Beam bending test for bituminous mixture and numerical analysis

Zhang Lanfeng

(GuangdongCommunicationPolytechnic,Guangzhou510650,China)

Abstrac: This paper through the test and ABAQUS finite element, analyzing characteristics of single point and double point beam bending test load mode for the asphalt mixture. ABAQUS finite element calculation results are well according with the experimental results of double point load mode. The experimental results show that the double point load model can effectively reduce the variability of the test results, and improve the reliability of the test results, so the beam bending test with double point load mode is more reasonable.

asphalt mixture, single point load, double point loading, finite-element, flexural-tensile strength, flexural-tensile strain

1009-6825(2017)01-0130-03

2016-10-29

张兰峰(1982- )，女，硕士，讲师

TU535

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