[发明专利]基于离散-连续耦合的钢桥面铺装层间剪切试验模拟方法

权利要求书

1.一种基于离散-连续耦合的钢桥面铺装层间剪切试验模拟方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

(1)根据沥青铺装层中沥青混合料的级配表，利用PFC3D软件命令以及FISH语言算法，在PFC3D软件中建立具有级配特征与一定空隙率的沥青铺装层三维离散元模型；

(2)在完成沥青铺装层三维离散元建模后，在铺装层底部加铺一层耦合颗粒并设置边界条件，在PFC3D软件中进行耦合区域建模；

(2-1)在完成沥青铺装层三维离散元建模后，在铺装层底部加铺一层耦合颗粒；这层耦合颗粒即表示耦合区域，耦合区域将铺装层离散元区域和钢桥面板连续元区域对应起来，即一个耦合颗粒对应一个连续元节点，耦合颗粒与对应的连续元节点进行力与位移数据的传递，二者同步力与位移状态；

(2-2)设置边界条件，即约束耦合颗粒在y和z方向的平动和转动以及在x方向的转动，完成耦合区域建模；

(3)利用FLAC3D软件命令建立钢桥面板三维模型，对钢桥面板三维模型合理划分网格并设置边界条件，在FLAC3D软件中建立钢桥面板三维连续模型；

(4)将沥青铺装层三维离散元模型与钢桥面板三维连续模型耦合，得到钢桥面铺装复合结构试件三维离散-连续模型；

(5)对钢桥面铺装复合结构试件三维离散-连续耦合模型进行加载剪切；在PFC3D软件中绘制剪切位移曲线、裂缝数量随时间变化曲线；在FLAC3D软件中绘制钢桥面板的应力云图与位移云图；

(6)采用控制变量法，依次改变沥青铺装层三维离散元模型的细观参数以及钢桥面板的材料参数，并重复步骤(5)，进行钢桥面铺装层间剪切影响因素分析，得到钢桥面铺装层间剪切破坏规律；直至沥青铺装层与钢桥面板的层间粘结完全失效，结束剪切试验的模拟，得到最终的剪切位移曲线以及裂缝数量随时间变化曲线。

2.根据权利要求1所述的一种基于离散-连续耦合的钢桥面铺装层间剪切试验模拟方法，其特征在于：步骤(1)所述沥青铺装层三维离散元模型的建立方法如下：

(1-1)根据沥青铺装层中沥青混合料的级配表，利用PFC3D软件命令以及FISH语言算法，得到具有级配特征的不考虑空隙的沥青铺装层三维离散元模型；

(1-2)在步骤(1-1)所得模型基础上确定模型空隙单元，利用PFC3D软件命令对沥青铺装层材料进行参数赋值，得到具有级配特征与一定空隙率的沥青铺装层三维离散元模型，并确定模型中的接触本构关系。

3.根据权利要求2所述的一种基于离散-连续耦合的钢桥面铺装层间剪切试验模拟方法，其特征在于：步骤(1-1)中，得到具有级配特征的不考虑空隙的沥青铺装层三维离散元模型，步骤如下：

(1-1-1)利用PFC3D软件的wall命令生成沥青铺装层的空间区域，并根据该空间区域的墙体坐标确定沥青铺装层三维模型的尺寸；模型尺寸记为X×Y×Z₁；X表示模型的长；Y表示模型的宽；Z₁表示模型的高；所述墙体是模型的组成部分，作为剪切试验中的约束装置；给墙体施加速度以模拟剪切力；

(1-1-2)根据沥青铺装层中沥青混合料的级配表，确定需要投放的N档粗集料及各档粗集料相应的粒径范围；

(1-1-3)利用FISH语言编写算法，确定代表各档粗集料的级配球单元个数；利用PFC3D的clump命令，将级配球单元投入沥青铺装层模型区域中；

(1-1-4)利用PFC3D的ball命令在已生成级配球单元的沥青铺装层模型区域内，投入规则排列的半径为r的小球单元；

(1-1-5)通过FISH语言编写判断算法，判断投入的规则的小球单元的球心是否在粗集料级配球单元内部；若小球单元的球心在粗集料级配球单元内部，则将该小球单元作为新的粗集料级配球单元，否则视为沥青砂浆球单元；

(1-1-6)判断完成后，得到具有级配特征的不考虑空隙的沥青铺装层三维离散元模型。