Теоретичне моделювання ефекту термосилового відшарування асфальтобетонного покриття від жорсткої основи дороги чи мосту
Заголовок (англійською):
Theoretical modelling of the effect of thermal delamination of an asphalt concrete pavement from a rigid foundation of a road or bridge
Автор(и):
Гайдайчук В.В.
Шлюнь Н.В.
Шевчук Л.В.
Білобрицька О.І.
Автор(и) (англ):
Gaidaichuk V.V.
Shlyun N.V.
Shevchuk L.V.
Bilobrytska O.І.
Ключові слова (укр):
асфальтобетонне покриття, тверда основа, високоградієнтні зсувні напруження, локальні відшарування
Ключові слова (англ):
asphalt concrete pavement, rigid base, high-gradient shear stresses, local delaminations
Анотація (укр):
У практиці дорожнього будівництва до одного з найпоширеніших явищ, що супроводжується відшаруванням, подальшим тріщиноутворенням та руйнуванням асфальтобетонного покриття на жорсткій (цементобетонній чи металевій) основі автомобільної дороги або мосту, відноситься ефект концентрації зсувних термонапружень між покриттям і основою в крайових зонах конструкції. Вони викликаються тим, що, як правило, коефіцієнти лінійного температурного розширення фаз системи мають різні значення, що сприяє виникненню в них несумісних усадок та розширень. В умовах частих змін значень температури в неоднорідних асфальтобетонних конструкціях з термомеханічною несумісністю їх компонентів ці ефекти можуть сприяти їх прискореному старінню. У той же час при термомеханічній сумісності матеріалів досягається більш сприятливий розподіл внутрішньої напруги термічного і механічного походження, що виключає передчасну деградацію міцності контактуючих фаз і всього компонента в цілому. Методами опору матеріалів і методом скінченних елементів встановлено, що в умовах зміни температури системи при її сезонних та добових перепадах найбільшої концентрації піддаються дотичні напруги. Вони локалізуються в крайовій зоні площини контакту шарів, зростають із збільшенням товщини та модуля пружності верхнього шару. Ці напруження є основною причиною виникнення пластичних деформацій у цих зонах та подальшого розшарування в них конструкції. Запропоновано знижувати концентрацію та рівень високоградієнтних дотичних напружень, що генеруються, за рахунок зменшення товщин асфальтобетонного шару на цих ділянках.
Анотація (англ):
Within the framework of the main provisions of the theory of thermoelasticity, a theoretical modeling of the phenomenon of generation of high-gradient fields of tangential thermal stresses in a two-layer structure of an asphalt concrete pavement on a rigid cement concrete or metal base under conditions of a change in the temperature of the system during its seasonal and daily differences was carried out. As is shown, they are the main reason for the occurrence of plastic deformations in the edge zones and subsequent delamination of the structure in them. It is proposed to diminish the concentration and level of generated shear stresses by reducing the thickness of the asphalt concrete layer in these areas.
Публікатор:
Київський національний університет будівництва і архітектури
Назва журналу, номер, рік випуску (укр):
Опір матеріалів і теорія споруд, 2022, номер 109
Назва журналу, номер, рік випуску (англ):
Strength of Materials and Theory of Structures, 2022, number 109
Мова статті:
English
Формат документа:
application/pdf
Дата публікації:
25 Декабрь 2022
Номер збірника:
Університет автора:
Kyiv National University of Construction and Architecture, Povitroflotsky Ave., 31, Kyiv, 03680 National Transport University, М. Omelyanovicha-Pavlenka str., 1, Kyiv, 01010
References:
- Gulyayev V. I., Gaydaychuk V.V., Mozgoviy V.V., Zaets Yu. A., Shevchuk L.V., Shlyun N.V. Termopruzhnyi stan bahatosharovykh dorozhnikh pokryttiv (Thermoelastic state of multilayer road surfaces). K. : NTU, 2018,272pp.
- Gulyayev V. I., Gaydaychuk V.V., Mozgoviy V.V., ZaetsYu. A., Shevchuk L.V. Doslidzhennia termonapruzhenoho stanu konstruktsii dorozhnoho odiahu (Analysis of thermo-stressed state of the road coating structures) Promyslove budivnytstvo ta inzhenerni sporudy., 2017, №1, P. 6-12.
- Gulyayev V. I., Shevchuk L.V., Kutsman O. M. Sezonnyi pererozpodil poliv napruzhen v konstruktsiiakh sharuvatykh pokryttiv dorih pid diieiu transportnykh navantazhen (Seasonal redistribution of stress fields in layered road structures under transport load action). Visnyk Natsionalnoho transportnoho universytetu, 2018, V. 40, P. 98 – 105.
- Perelmuter A.V., Slivker V.I. Raschetnye modeli sooruzhenij I vozmozhnost' ih analiza. (Calculation models of structures and the possibility of their analysis) ‑ M.: DMK Press, 2007, 600 p.
- Bahia H.U., Zeng M., Nam K. Consideration of strain at failure and strength in prediction of pavement thermal cracking. J AAPT, 2000, 69, P. 497–535.
- Baumeister E., Klaeger S., Kaldos A. Characterization and application of hollow-sphere-composite lightweight materials. JMDA, Proc. IMechE Part L: J. Materials: Design and Applications, IMechE, 2005, 219, Pp. 207–216.
- Carlson D.E. Thermoelasticity. Encyclopedia of Physics, Vol. Via/2 (ed. Trusdell C.), Springer, Berlin, 1972, pp. 297–345.
- Chen E.Y., Pan G.E., Norfolk T.S., Wang O. Surface loading of a multilayered viscoelastic pavement. Road Mat Pav Des, 2011, 12, 849–874.
- Christiansen R.M. Mechanics of Composite Materials; Wiley: New York, NY, USA, 1979, 348 р.
- Kovalenko A.D. Thermoelasticity: Basic Theory and Applications, Wolters-Noordhoff, Groningen: The Netherlands, 1972.
- Krishnan J.M., Rajagopal K.R. Review of the uses and modeling of bitumen from ancient to modern times. American society of mechanical engineers. ApplMechRev, 2003, 56(2), P. 149–214.
- Litton R.L., Tsai F.L., Lee S.I., Luo R., Hu S., Zhou F. Models for Predicting Reflection Cracking of Hot-Mix Asphalt Overlays. Research Report 669, Texas Transportation Institute, Texas A&M University, CollegeStation, Texas, 2010. P.61.
- Nowacki W. Thermoelasticity, 2 nd ed. Oxford: PWN – Polish Scientific Publishers, Warsaw and Pergamon Press, 1986.
- Radovskiy B., Teltayev B. Viscoelastic Properties of Asphalts Basedon Penetration and Softening Point. Monograph. –Springer Nature, Switzerland, 2017,P.107
- Takenaka K. Negative thermal expansion materials: technological key for control of thermal expansion. Science and Technology of Advanced Materials, 2012, V. 13, P.1-11.