基于分布式光纤传感器的钢桥面铺装裂缝扩展模型研究

裂缝是钢桥面铺装层的主要病害之一，对铺装层的使用寿命有很大影响。研究钢桥面铺装的病害首先要对其内部天然存在的裂缝在行车荷载作用下的力学行为进行研究。本研究采用光纤传感器对钢桥面铺装层的裂缝的力学行为及其对其他类型病害过早出现造成的间接影响进行研究。通过沥青混合料铺装层加钢板的复合梁室内试验，确定光纤的合理铺设方式以及布设方法；研究行车荷载作用次数、铺装层裂缝扩展和光纤应变的关系；对采集的铺装层变形 2100433B

基于及扩展了向量空间模型的模型包括：

• 广义向量空间模型

• （增强的）基于主题的向量空间模型

• 潜在语义学

• 潜在语义索引

• DSIR模型

• 词汇鉴别（Term Discrimination）

• Rocchio分类

传统的强度理论认为，当沥青罩面层中某点的临界应力超过沥青混凝土本身的极限强度时，沥青罩面层即达到破坏状态。实际上并非如此，沥青罩面层中的反射裂缝从其产生到整个路面破坏，中间要经历一个裂缝扩展阶段，即反射裂缝在罩面层厚度方向上的纵向扩展和在其表面的横向扩展。

反射裂缝的纵向扩展

断裂力学认为，裂缝的扩展有三种位移模式：张开模式、剪切模式和撕开模式。其中温度应力对反射裂缝影响的模式为张开模式，行车荷载对反射裂缝影响的主要模式是张开模式和剪切模式。当车轮驶经裂缝的正上方时，以张开模式来引起反射裂缝，当车轮驶在裂缝之前和之后的位置时，以剪切模式影响反射裂缝。撕开模式在罩面层中不常出现。与张开模式相对应的温度型反射裂缝通常产生于罩面层的底部，而后向上逐渐扩展到罩面层顶面。Rigo等人应用SAPLI5程序模拟温度应力作用下反射裂缝的扩展路径，几乎是垂直向上扩展的，但当气温非常低时，Haas认为，裂缝产生在罩面层的顶面和底面，而后向罩面层中间扩展，裂缝的这种扩展方式在Button的“罩面试验”中得到验证。对于正荷载作用下的张拉位移模式所对应的反射裂缝，一般产生于罩面层的底面，在周期性荷载的作用下垂直向上扩展。Brown和Caltabiano在室内试验都证实了裂缝的这种扩展模式。在偏荷载作用时，反射裂缝以剪切模式在罩面层中向上扩展，Rigo等人对其扩展路径进行了分析，认为裂缝在罩面层中是沿45.角的方向向上扩展的。当车轮荷载（偏荷载）和温度应力共同作用于复合罩面结构时，Rigo等人的分析结果显示，裂缝的扩展介于偏荷载和温度应力单独作用时裂缝扩展路径之间，比偏荷载作用时的裂缝扩展途径更垂直一些 。

反射裂缝的横向扩展

反射裂缝在瞬间是不可能贯穿整个路面宽度，除非在应力作用时，裂缝的长度已经等于或大于相对整个路面宽度的临界长度（这里的临界长度是指当裂缝的长度接近或大于该长度时，裂缝的扩展非常快而且是不稳定的）。较为合理的发展过程是裂缝首先在路表面某些位置产生，然后再向两侧扩展。一般情况下，反射裂缝多出现在轮迹处，因为温度对反射裂缝的影响在整个路面宽度内都是相同的，而行车荷载则是以一定的频率分布在车道上的，尤其在渠化交通的道路上。与罩面层开裂有关的问题是环境因素的负效应，反射裂缝一经出现，水分的浸入、氧化以及行车的反复作用，常常使得反射裂缝加速向四周扩展，即使裂缝贯穿整个路面宽度，也不会立即影响到行车的舒适性。同时，如果在罩面层与旧路面板之间加入了防反措施，如土工织物、SAMI等不透水材料，即使反射裂缝出现在罩面层顶面，如果这些不透水材料仍不破裂，那么就可以减少环境因素的影响，使罩面层保持在一定的使用水平，直到反射裂缝处的材料出现恶化。因此，即使罩面层中出现了裂缝，路面并不就因此而“破坏”了，如何定义路面的损坏将直接关系到罩面层的设计寿命 。2100433B

粗骨料的随机分布造成混凝土材料的不均质性，影响裂缝扩展规律，进而改变混凝土宏观断裂特性，这在全级配大骨料混凝土中体现得尤为明显。本项目拟采用宏观断裂力学从细观层次研究裂缝扩展过程，提出以应力强度因子为参量的复合型裂缝扩展准则，以判别混凝土不同介质（砂浆、骨料及界面）在复杂应力场下裂缝扩展模式，重点研究裂缝尖端遇到骨料时产生的三种扩展路径，即裂缝穿过骨料、沿界面扩展至砂浆及沿界面扩展至骨料，以及不同扩展路径对裂缝演化、宏观断裂性能的影响。通过试验研究界面软化本构关系、细观断裂过程区形成机理，在此基础上探讨混凝土细观结构与宏观断裂能之间的关系，发展基于细观层次的虚拟裂缝粘聚力的分离裂缝模型，结合理论分析实现对裂缝起裂、稳定扩展及失稳破坏的全过程模拟。本项目提出的方法克服了宏观力学无法解释裂缝扩展规律及细观力学难以获取界面力学参数的困难，为评价全级配大骨料混凝土结构安全性提供了一个新的思路。