جاده

جاده

تحلیل اجزای محدود رفتار برشی مخلوط‌های آسفالتی با استفاده از فک ابداعی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه مهندسی عمران، واحد آیت الله آملی، دانشگاه آزاد اسلامی، آمل، ایران
2 گروه مهندسی عمران، واحد تهران مرکزی، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
3 گروه مهندسی عمران، واحد سوادکوه، دانشگاه آزاد اسلامی، سوادکوه، ایران
چکیده
مقاومت برشی آسفالت یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های مکانیکی در دوام و عملکرد روسازی‌های جاده‌ای است که ضعف در آن منجر به ترک، شیارشدگی و خرابی زودهنگام می‌شود. روش‌های مرسوم مانند آزمایش جعبه برش مستقیم و آزمون مارشال، به‌دلیل توزیع غیر یکنواخت تنش و عدم توانایی در بازنمایی شرایط واقعی بارگذاری، دارای محدودیت‌های جدی هستند و همین امر خلأ تحقیقاتی قابل توجهی در ارزیابی دقیق مقاومت برشی ایجاد کرده است. نوآوری این مطالعه، طراحی یک فک ابداعی برای دستگاه مارشال است که با اصلاح هندسه و ایجاد شرایط قیچی‌مانند، امکان اعمال نیروی برشی واقعی‌تر را فراهم می‌سازد. هدف تحقیق، بررسی این فک جدید و اعتبارسنجی عملکرد آن با استفاده از تحلیل اجزای محدود غیرخطی در نرم‌افزار SolidWorks بود. روش‌شناسی شامل طراحی سه‌بعدی فک و نمونه آسفالت، تعریف خواص مصالح بر اساس استانداردهای ASTM، اعمال بارگذاری نرمال 35,000 نیوتن، تعریف تماس سطح–به–سطح با ضریب اصطکاک 0.3 و مش‌بندی با کیفیت بالا بود. نتایج نشان داد که فک ابداعی توانست شرایط برشی نزدیک‌تر به واقعیت ایجاد کند؛ متوسط تنش معادل ون‌مایز حدود 106 × 3.084 نیوتون بر متر مربع، جابجایی 1.843 میلی‌متر و کرنش معادل 0.0227 ثبت شد که بیانگر تغییرشکل غیرخطی و آغاز نواحی پلاستیک در آسفالت است. جمع‌بندی کلی نشان می‌دهد که ترکیب طراحی مکانیکی نوآورانه و شبیه‌سازی عددی می‌تواند روشی کارآمد برای ارتقای ارزیابی مقاومت برشی آسفالت باشد و مسیر توسعه دستگاه‌های آزمایشگاهی جدید و استانداردهای دقیق‌تر را هموار سازد.
کلیدواژه‌ها

-دیواندری، حسن و اکراقنبری، ایرج (1403). ارائه مدل تاثیر پارامترهای طراحی بر تنش و کرنش در روسازی ماندگار به روش اجزای محدود. جاده، 32(121)، 1-18.
-طهمورسی، قاسم، فضل اللهی، محمدرضا و دیواندری، حسن. (1402). ارائه مدل عملکرد مبتنی بر شاخص وضعیت روسازی با استفاده از داده‌های عملکرد بلندمدت روسازی. جاده، 31(114)، 1-14.
-Akraym, H. M., Muniandy, R., Jakarni, F. M., & Hassim, S. (2023). Review: Shear Properties and Various Mechanical Tests in the Interface Zone of Asphalt Layers. Infrastructures, 8(3), 48.
-Buttlar, W. G., Hill, B. C., Kim, Y. R., Kutay, M. E., Millien, A., Montepara, A., Paulino, G. H., Petit, C., Pop, I. O., & Romeo, E. (2014). Digital image correlation techniques to investigate strain fields and cracking phenomena in asphalt materials. Materials and structures, 47(8),1373-1390.
-Cao, P., Leng, Z., Shi, F., Zhou, C., Tan, Z., & Wang, Z. (2020). A novel visco-elastic damage model for asphalt concrete and its numerical implementation. Construction and Building Materials, 264, 120261.
-D’Andrea, A., Tozzo, C., Boschetto, A., & Bottini, L. (2013). Interface roughness parameters and shear strength. Modern Applied Science, 7(10), 1-10.
-De Bondt, A. H. (2000). Anti-reflective cracking design of (reinforced) asphaltic overlays.
-Divandari, H., Sarkar, A., Kargar Aldaghi, O., & Hosseinian, S. M. (2025). Evaluation of performance characteristics of microsurfacing treatment modified with gilsonite as a substitute for natural aggregate filler. International Journal of Pavement Engineering, 26(1), 2477766.
-Dong, M., Hao, Y., Zhang, C., Li, L., Sun, W., & Jin, C. (2020). Shear fracture energy of asphalt-aggregate systems and its application to predicting shear fatigue in asphalt mixtures. International Journal of Pavement Engineering, 21(2), 246-256.
-Dong, M., Sun, W., Li, L., & Gao, Y. (2020). Effect of asphalt film thickness on shear mechanical properties of asphalt-aggregate interface. Construction and Building Materials, 263, 120208.
-Fakhri, M., & Mahmoodinia, N. (2012). Rutting resistance evaluation of large stone asphalt mixtures. Journal of Ferdowsi Civil Engineering, 23(1), 123-135.
-Farrar, M., Sui, C., Salmans, S., & Qin, Q. (2015). Determining the low-temperature rheological properties of asphalt binder using a dynamic shear rheometer (DSR). Report 4FP, 8, 20.
-Gong, X., Gu, H., Yan, H., Huang, X., Zhou, H., & Ma, J. (2025). Effect of aggregate roughness and film thickness on interfacial interaction of aggregate-asphalt-aggregate films. Construction and Building Materials, 486, 141984.
-Hosseininia, A. (2017). A study of the effect of shredded tire size on the mechanical behavior of sand and shredded tire mixtures using direct shear test. J. Ferdowsi Civ. Eng, 29(1).
-Huang, S. C., Branthaver, J. F., Robertson, R. E., & Kim, S.-S. (1998). Effect of film thickness on the rheological properties of asphalts in contact with aggregate surface. Transportation Research Record, 1638(1), 31-39.
-Huang, T., Qi, S., Liu, H., Yu, H., & Li, S. (2019). Shear properties of asphalt mixtures under triaxial compression. Applied Sciences, 9(7), 1489.
-Ji, X., Zheng, N., Hou, Y., & Niu, S. (2013). Application of asphalt mixture shear strength to evaluate pavement rutting with accelerated loading facility (ALF). Construction and Building Materials, 41, 1-8.
-Kazerani, T., Yang, Z.-Y., & Zhao, J. (2012).A discrete element model for predicting shear strength and degradation of rock joint by using compressive and tensile test data. Rock Mechanics and Rock Engineering, 45(5),
695-709.
-Kruntcheva, M., Collop, A., & Thom, N. (2001). Shear box test: finite element modelling. Project Report PGR01-05, NCPE, Nottingham, 358-362.
-Li, L., Wu, C., Cheng, Y., Tan, G., & Li, H. (2021). Study on numerical simulation of asphalt mixtures and asphalt pavement based on finite element software: A Review. 2021 IEEE 11th annual international conference on CYBER technology in automation, control, and intelligent systems (CYBER).
-Li, X. Sha, A., Jiao, W., Cao, Y., & Song, R. (2025). Strain response and creep behavior of asphalt mixture based on multi-damage fractional visco-elasto-plastic constitutive model. Construction and Building Materials, 472, 140834.
-Lu, X., & Isacsson, U. (2002). Effect of ageing on bitumen chemistry and rheology. Construction and Building Materials, 16(1), 15-22.
-Modarresi, M., Divandari, H., Amouzadeh Omrani, M., & Esmaeilnia Amiri, M. (2024). Introducing an Experimental Model of Asphalt Shear Strength Using Designed Jaws and Presentation of Shear Strength Prediction Model by Genetic Programming Method. Journal of Advanced Transportation, 2024(1), 2270042.
-Nezhad, A. S. (2025). Investigation of Shear Behavior of Stone Columns in Sandy Bed. Ferdowsi Civil Engineering, 38(1).
-Qiu, J., Li, N., Pramesti, F., Van De Ven, M., & Molenaar, A. (2012). Evaluating laboratory compaction of asphalt mixtures using the shear box compactor. Journal of Testing and Evaluation, 40(5), 844-852.
-Raab, C., & Arraigada, M. (2025). Towards A better understanding of crack propagation in asphalt pavements with reinforcement grids (using laboratory-scaled traffic load and interlayer shear test). Road Materials and Pavement Design, 26(sup1), 39-54.
-Said, S. F., Hakim, H., & Eriksson, O. (2013). Rheological characterization of asphalt concrete using a shear box. Journal of Testing and Evaluation, 41(4), 602-610.
-Shi, C., Cai, X., Yi, X., Wang, T., & Yang, J. (2021). Fatigue crack density of asphalt binders under controlled-stress rotational shear load testing. Construction and Building Materials, 272, 121899.
-Su, K., Sun, L., Hachiya, Y., & Maekawa, R. (2008). Analysis of shear stress in asphalt pavements under actual measured tire-pavement contact pressure. Proceedings of the 6th ICPT, Sapporo, Japan, 11-18.
-Tahmouresi, G., Amouzadeh Omrani, M., Divandari, H., & Seyedkazemi, A. (2025). Experimental investigation of the mechanical properties of asphalt mixtures containing lightweight expanded clay aggregate replacing coarse aggregates and modified with nano-AL2O3. International Journal of Pavement Engineering, 26(1), 2532690.
-Underwood, S. B., & Kim, R. Y. (2011). Viscoelastoplastic continuum damage model for asphalt concrete in tension. Journal of Engineering Mechanics, 137(11), 732-739.
-Wang, W., & Wang, L. (2024). Review on design, characterization, and prediction of performance for asphalt materials and asphalt pavement using multi-scale numerical simulation. Materials, 17(4), 778.
-White, G. (2017). State of the art: interface shear resistance of asphalt surface layers. International Journal of Pavement Engineering, 18(10),887-901.
-Xu, P., Zhang, D., Liu, Z., Tang, J., & Xu, S. (2024). Quantifying the blending efficiency of warm mix asphalt-synchronous rejuvenated SBS-modified asphalt through a dynamic shear rheometer (DSR) testing approach. Construction and Building Materials, 449, 138183.
-Yu, Y., Huang, W., Sun, M., Du, X., & Lin, H. (2025). Effect of Aggregate and Void Characteristics on Shear Resistance of Asphalt Mixtures. Processes, 13(11), 3461.
-Zhang, J., Li, Z., Chu, H., & Lu, J. (2019).A viscoelastic damage constitutive model for asphalt mixture under the cyclic loading. Construction and Building Materials, 227, 116631.
-Zhang, Y., Feng, S., Wang, W., & Zhu, Y. (2025). Effects of Test-Specimen Boundary Conditions on the Interpretation of Stress–Strain Results for Hydraulic Asphalt Concrete. Arabian Journal for Science and Engineering, 50(11), 8011-8025.
-Zhu, J., Ahmed, A., Said, S., Dinegdae, Y., & Lu, X. (2022). Experimental analysis and predictive modelling of linear viscoelastic response of asphalt mixture under dynamic shear loading. Construction and Building Materials, 328, 127095.