22188

بررسي اثر تغييرات دمايي در شبيه سازي روند ايجاد خرابي در روسازي هاي آسفالتي به كمك مدلسازي المان محدود

كارشناسي ارشد

راه و ترابري

1395

1398/08/20

دكتر حسن زياري

عمران

تاكنون پژوهش‌هاي متنوعي براي بهبود كيفيت روسازي در زمينه‌هاي مختلف انجام شده است. روش‌هاي مختلفي از قبيل آزمون‌هاي آزمايشگاهي، مطالعات ميداني و همچنين تحليل‌هاي رياضي و المان محدود به منظور دستيابي به اين هدف به كار رفته است. نكته بسيار مهمي كه كمتر به آن پرداخته شده است، تغييرات دمايي متناوب محيط است. پژوهش‌هايي كه به اثرات دما بر مخلوط آسفالتي مي‌پردازند، رفتار نمونه را در يك دماي ثابت بررسي و مقايسه مي‌نمايند. موضوعي كه در اين پايان‌نامه مد نظر قرار گرفته است، بررسي اثر عامل تغييرات دما با زمان و همچنين سيكل تكرار شونده افزايش و كاهش دما بر مخلوط آسفالتي مي‌باشد. هدف اصلي اين پژوهش بررسي پاسخ‌هاي روسازي انعطاف‌پذير در برابر چرخه‌هاي بارگذاري دمايي با توجه ويژه به مقوله خستگي به عنوان يكي از اصلي‌ترين عوامل خرابي روسازي است. به اين منظور ابتدا تيرچه خمشي خستگي به صورت كرنش ثابت، به صورت سه بعدي در نرم‌افزار آباكوس مدل شده است. نتايج حاصله بيان مي‌دارد كه پاسخ‌هاي مخلوط آسفالتي وابستگي بيشتري به دماهاي بالاتر در دامنه تغييرات دمايي اعمال شده بر مخلوط آسفالتي دارد. در مجموع مي‌توان عنوان داشت در شرايط در نظر گرفته شده براي اين مدل، ممكن است به دليل كاهش تنش كششي ايجاد شده در زير تير آسفالتي، عمر خستگي مخلوط افزايش يابد. در گام بعدي مشخصات ديناميكي مدل يك مخلوط آزمايشگاهي به عنوان داده‌هاي ورودي مدل، تعيين شده و نمونه‌هايي از اين مخلوط تحت آزمايش خستگي قرار گرفته است. مدل جديد با مشخصات اين مخلوط آسفالتي ساخته شده است و نتايج خستگي آن با نتايج آزمايش مورد ارزيابي و صحت‌سنجي قرار گرفته است. اين بررسي تشابه نتايج دو روش شبيه‌سازي و آزمايش را به طور نسبي تاييد مي‌كند. در مرحله آخر با شبيه‌سازي كامل يك روسازي تحت اثر بار يك چرخ و تغييرات دمايي پاسخ‌هاي روسازي مورد بررسي قرار گرفت. در اين حالت با توجه به ثابت بودن ميزان بارگذاري ترافيكي، تحت سيكل دمايي متناوب نسبت به بارگذاري دمايي ثابت، كرنش‌هاي بيش‌تري در روسازي آسفالتي ايجاد شده است. هر چند در يك دماي ثابت مي‌توان تغييرات كرنش را در يك روسازي به وسيله توابع رياضي تخمين زد، اما اين امر با توجه به تغييرات متناوب دما كه منجر به تغييرات ناگهاني در نرخ تغييرات كرنش مي‌شود، امكان پذير نيست.

1399/04/19

Investigating the effect of temperature changes in simulating the process of deterioration in asphalt pavements with finite element modeling

11/10/2020 12:00:00 AM

So far, different studies have been conducted to improve the quality of different characteristics of pavements. Various methods such as laboratory tests, field studies, as well as mathematical and finite element analysis have been used to achieve this goal. A very important point that has been less addressed is the periodic temperature changes in the environment. Previous studies on the effects of temperature on asphalt mixes examines and compares sample behavior at a constant temperature. The topic of this research is the effect of temperature changes with time and the repetitive cycle of increasing and decreasing temperature on the asphalt mixture. The main purpose of this study is to investigate flexible pavement responses to temperature loading cycles with special attention to fatigue as one of the main causes of pavement failure. For this purpose, the four point flexural beam fatigue test is first modeled using fixed strain method, in 3D in Abacus software. The results indicate that the asphalt mixture responses are more dependent on higher temperatures in the range of temperature changes applied to the asphalt mixture. In general, it can be said that in the conditions considered for this model, the fatigue life of the mixture may increase due to the reduction of the tensile stresses created beneath the asphalt beam. In the next step, the dynamic characteristics of the model of a laboratory mixture are determined as the input data of the model, and samples of this mixture are tested for fatigue. The new model is made with the specifications of this asphalt mixture and its fatigue results have been evaluated with the test results. This comparison partially confirms the similarity of the results of the two simulation and experimental methods. In the last step, pavement responses were investigated with a complete simulation of a pavement under the influence of a wheel load and temperature changes. In this case, due to the constant amount of traffic loading, under the alternating temperature cycle, more strains in asphalt pavement have been created than the constant temperature loading. Although strain changes in a pavement can be estimated by mathematical functions at a constant temperature, this is not possible due to intermittent temperature changes that lead to sudden changes in strain rate changes