23759

مدلسازي ناهمگن رويه‌هاي آسفالتي ترك‌خورده جهت تخمين پارامترهاي شكست

كارشناسي ارشد

مهندسي عمران - راه و ترابري

96-97

1399/07/22

جناب آقاي دكتر حسن زياري

جناب آقاي دكتر محمدرضا محمدعليها

مهندسي عمران

ترك‌خوردگي از جمله خرابي‌هاي شايع در روسازي‌هاي آسفالتي به‌شمار مي‌رود. اين نوع خرابي علاوه بر آنكه خود منجر به كاهش سطح خدمت‌دهي و اضمحلال روسازي شده، باعث بروز و گسترش ساير خرابي‌ها نيز مي‌شود. يكي از رايج‌ترين روش‌هاي بررسي ترك‌خوردگي مخلوط آسفالتي استفاده از روش اجزامحدود در علم مكانيك شكست مي‌باشد. با استفاده از روش اجزامحدود و همچنين ساير مفاهيم مكانيك شكست مي‌توان رفتار ترك‌خوردگي و همچنين عمر خستگي روسازي‌ها را پيش‌بيني كرد. در اين پژوهش رفتار شكست قسمتي از روسازي آسفالتي ترك‌خورده با استفاده از روش اجزامحدود و همچنين بكارگيري الگوريتم توليد و توزيع تصادفي سنگدانه‌ها بررسي شده است. در مدل‌هاي دوبعدي اجزامحدود با استفاده از الگوريتم توليد و توزيع تصادفي سنگدانه‌ها، قسمتي از مخلوط آسفالتي اطراف ترك در لايه رويه بصورت ناهمگن و متشكل از سنگدانه‌ها و ماستيك شبيه‌سازي شده و تحت بارگذاري ترافيكي قرار گرفته است. هدف اين پژوهش مقايسه پارامترهاي شكست در دو حالت همگن و ناهمگن بودن مخلوط آسفالتي در مدل‌هاي اجزامحدود و همچنين بررسي نرخ رشد و انتشار ترك بالا به پايين و ترك پايين به بالا در رويه‌هاي آسفالتي مي‌باشد. نتايج نشان دادند، شبيه‌سازي ناهمگن مخلوط آسفالتي در مدل‌هاي عددي باعث تغيير بزرگي و علامت پارامترهاي شكست در مقايسه با مدل اجزامحدود همگن نظير شده است. همچنين در مدل‌هاي ناهمگن، طول ترك و محل قرارگيري نوك آن تاثير چشمگيري بر رشد و انتشار ترك (هم بالا به پايين و هم پايين به بالا) داشته است. بنحوي كه با قرارگيري نوك ترك درون سنگدانه‌ها، پارامترهاي شكست به‌مراتب بيشتر از حالتي شده كه نوك ترك درون ماستيك قرار گرفته باشد. توزيع تصادفي سنگدانه‌هاي درشت دانه نيز بر ضرايب شدت تنش و همچنين تنشT تاثير قابل توجهي داشتند. در پژوهش حاضر اثر خواص مكانيكي سنگدانه‌ها و ماستيك بر پارامترهاي شكست هم بررسي گرديد، كه مشخص شد نسبت پوآسون سنگدانه‌ها تاثير معناداري بر ضرايب شدت تنش نداشته و همچنين تاثير مدول الاستسيته اجزاي تشكيل دهنده مخلوط آسفالتي بر نرخ رشد و انتشار ترك بيشتر از نسبت پوآسون آنها بوده است. ضخامت لايه رويه نيز بر خلاف ضخامت و خواص مكانيكي لايه اساس، تاثير چشمگيري بر مقادير پارامترهاي شكست داشته است.

1399/11/22

Heterogeneous modeling of cracked asphalt pavements to determine fracture parameters

10/14/2021 12:00:00 AM

Cracking is one of the most deterioration in asphalt pavements. This distress, reducing the level of service of pavement and collapse it, and also expands other distress road structures. The finite element method of fracture mechanical science is one of the conventional methods to investigate of cracking behavior of asphalt mixture. By using the finite element method can estimate the cracking behavior and fatigue life of pavements. In the present study, the cracking behavior of a part of the cracked asphalt pavement was investigated by finite element method and packing and distribution algorithm. In 2-D finite element models, around the crack (top-down and bottom-up) was simulated as heterogeneously, and then subjected to traffic loading. The principal objective of this study was the comparison of the fracture parameters of the homogenous and heterogeneous modeling of asphalt mixture, and predict the rate of propagation of cracking in asphalt pavement. The result showed that heterogeneous simulation of asphalt mixture results in a significant change in magnitude and sign of fracture parameters with the corresponding value of homogeneous modeling of asphalt mixture. As well as, the location of the crack tip that placing inside the aggregate or the mastic noticeability changes the magnitudes of fracture parameters, and the distribution of aggregate affects the stress intensity factors and T-stress. Also, the influence of the mechanical properties of aggregates and mastic on fracture parameters was studied. On the other hand, stress intensity factors are not sensitive to poison's ratio of aggregate, and the effect of elastic modulus of the component of asphalt mix on fracture parameters is noticeable. As well as, the thickness of HMA despite the base layer has a significant influence on the magnitudes of fracture parameters.

پارامترهاي شكست , الگوريتم توليد و توزيع سنگدانه‌ها , مدل‌سازي ناهمگن مخلوط آسفالتي , مدل اجزامحدود

Fracture parameters , Aggregate generation and packing algorithm , Heterogeneous modeling of asphalt mixture , Finite element model