細(xì)觀數(shù)值模擬下光纖傳感器與瀝青混合料協(xié)同變形分析.pdf

1、應(yīng)用分布式光纖傳感器監(jiān)測路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)變信息以評價路面結(jié)構(gòu)性能存在技術(shù)難點:光纖作為小尺寸高模量的傳感器，與非均質(zhì)、多層次、多孔的瀝青路面之間存在較大差異，致使光纖傳感器監(jiān)測的結(jié)構(gòu)應(yīng)變通常與實際路面結(jié)構(gòu)應(yīng)變不同。在此背景下，本文針對光纖傳感器和瀝青混凝土在細(xì)觀尺度下的協(xié)同變形進(jìn)行了研究，提出了植入光纖的瀝青混凝土虛擬試件的隨機生成算法，采用離散元方法進(jìn)行了小梁虛擬三點彎曲試驗，研究了光纖傳感器與瀝青混凝土的協(xié)同變形特點，并分析了瀝青混凝

2、土的組成成分細(xì)觀特征變化對光纖測量結(jié)果的影響。
　　首先，本文借助Matlab編寫了基于最小包圍盒法的可自主控制多面體形態(tài)的集料生成算法;通過調(diào)研緊套光纖幾何性質(zhì)，生成了光纖傳感器模型;在此基礎(chǔ)上，結(jié)合區(qū)域內(nèi)多個集料的投放替換技術(shù)，實現(xiàn)了植入光纖傳感器的瀝青混合料非均質(zhì)（集料、砂漿、空隙和光纖）多層次（礦料級配）結(jié)構(gòu)虛擬試件的隨機構(gòu)建方法。
　　其次，通過分析PFC3D中各類細(xì)觀接觸的特點，結(jié)合混凝土試件中各相材料的力學(xué)特性

3、，為各組成材料間的接觸選取了合適的剛度和粘結(jié)模型;依據(jù)材料細(xì)觀力學(xué)特性與宏觀特性之間的關(guān)系，采用相關(guān)的宏觀物理實驗，為虛擬試驗流程中材料參數(shù)環(huán)節(jié)的實現(xiàn)提供了方法，并通過對比室內(nèi)試驗結(jié)果驗證了模型的有效性。
　　再次，運用瀝青混凝土小梁虛擬三點彎曲試驗方法探索了植入光纖與否對混凝土宏觀力學(xué)性質(zhì)的影響;在三維尺度下分析了模型內(nèi)部各相材料間微裂紋發(fā)展過程，并對試件進(jìn)行分區(qū)標(biāo)記，深入探討光纖和混凝土應(yīng)變變化，研究表明光纖的滑移現(xiàn)象自裂縫處

4、向小梁兩端逐步進(jìn)行;依據(jù)光纖實際測量特點，通過分析測點光纖與被測瀝青混凝土應(yīng)變差值隨跨中撓度的變化關(guān)系，獲取了瀝青混凝土開裂后光纖監(jiān)測值和瀝青混凝土應(yīng)變間的換算方法，并采用單側(cè)光纖滑移長度、絕對百分誤差（光纖與瀝青混凝土應(yīng)變差值與瀝青混凝土應(yīng)變值）評價光纖的滑移水平，以AC-13小梁試件為例，最終計算得出的絕對百分誤差為20.5％，單側(cè)滑移長度為15mm。
　　最后，利用已建立的模型進(jìn)行小梁三點彎曲虛擬試驗，揭示了集料級配、砂漿細(xì)

5、觀力學(xué)特性的規(guī)律性變化、空隙的細(xì)觀結(jié)構(gòu)、粗集料的細(xì)觀形態(tài)特征等對光纖測量結(jié)果的影響，獲取了差值變化率隨結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化規(guī)律。研究表明，瀝青混凝土中，集料嵌擠能力、瀝青砂漿的粘結(jié)強度越強，光纖測量結(jié)果誤差越小;單個空隙半徑越小，光纖測量結(jié)果誤差越小。此外，集料級配和瀝青砂漿的粘結(jié)強度為影響光纖測量結(jié)果的主要原因，采用級配上下限計算得出的應(yīng)變絕對百分誤差相差5.6％，采用粘結(jié)強度上下限計算應(yīng)變絕對百分誤差相差9.8％，大幅高于其他因素的影響。