基于動態(tài)過程的瀝青混合料疲勞損傷特性分析.pdf

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1、基于動態(tài)過程的瀝青混合料疲勞損傷特性分析11234李沛洪,李友云,陳德澤,黃富榮,戴文(1．長沙理工大學(xué)公路工程教育部重點實驗室,湖南長沙410114;2．廣東梅縣建筑設(shè)計院有限公司,廣東梅州514700;3．廣東鴻宇建筑與工程設(shè)計顧問有限公司中山分公司,廣東中山528403;4．中交路橋建設(shè)有限公司,北京100027)摘要:以瀝青混合料動態(tài)疲勞損傷為研究內(nèi)容,以的力學(xué)特性。劈裂疲勞試驗為對象,定義損傷變量,分析動態(tài)過程中應(yīng)1．1定義損傷變量定義力水平的變化規(guī)律,導(dǎo)出損傷過程非線性表達(dá)式。為研究D=1-A′/A(1)不同于靜載強度條件下的劈裂疲勞動載強度S和實際應(yīng)max

2、式中,A′為帶有損傷的實際承載面積;A為無損傷的力水平,推導(dǎo)了動載強度計算公式和實際應(yīng)力水平公式。初始面積。通過疲勞試驗得出名義應(yīng)力水平下的S-N疲勞方程,依據(jù)1．2動態(tài)疲勞損傷方程此方程準(zhǔn)確求算動載強度和實際應(yīng)力水平,并建立動載強本文選取劈裂疲勞試驗,該試驗特點是夾具上下壓頭度、實際應(yīng)力水平與名義應(yīng)力水平回歸表達(dá)式,為研究瀝作用于標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件圓柱體側(cè)面。在疲勞試驗中,上下青混合料動態(tài)疲勞過程提供參考。壓頭對圓柱體瀝青混合料上部和下部受壓,中部受拉,裂關(guān)鍵詞:瀝青混合料;劈裂疲勞試驗;損傷變量;動縫從薄弱部位產(chǎn)生和擴展,由于是恒定荷載作用,有效承載強度;實際應(yīng)力水平載

3、面積在減少,所以材料內(nèi)部承受的應(yīng)力在增大。中圖分類號:U414文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A疲勞試驗開始時設(shè)定荷載,則試件所承受的初始應(yīng)力文章編號:1672-4011(2016)10-0113-02為σ,疲勞動載強度S,在該條件下疲勞壽命為N,實maxfDOI:10．3969/j．issn．1672-4011．2016．10．052際應(yīng)力水平t=σ′/S。疲勞過程中當(dāng)進(jìn)行到第N次時,max剩余壽命為N-N,在加荷恒定條件下材料發(fā)生損傷裂縫,0前言f承載面積減少,應(yīng)力幅σ′在增加,此時實際應(yīng)力水平t′=N瀝青路面疲勞性能是道路工作者研究廣泛的課題之一。σ′/S。max瀝青混合料抵抗重復(fù)荷

4、載不出現(xiàn)完全破壞的能力稱為疲勞n現(xiàn)用經(jīng)典疲勞壽命表達(dá)式S-N方程N=k(1/t),f性能。根據(jù)損傷力學(xué)觀點,疲勞過程是重復(fù)荷載導(dǎo)致材料表達(dá)動態(tài)應(yīng)力水平變化規(guī)律。損傷不斷累積的過程,主要表現(xiàn)為內(nèi)部微細(xì)損傷和裂紋的靜態(tài)應(yīng)力水平:擴展與擴大,直至材料喪失強度。=σ/[(1/m)×S1/n=F/[(1/m)t=σ/S]=(k/N)tmaxf通常情況下,研究瀝青混合料疲勞損傷和疲勞壽命,×A×S](2)都需測定樣本的靜載強度,通過靜載強度設(shè)定不同的室內(nèi)max動態(tài)應(yīng)力水平:試驗應(yīng)力水平來研究材料的疲勞特性。由于測定靜載強度=σ′/S=σ′/[(1/m)×S-N)]1/n=F/t]=

5、[k/(N是依據(jù)試驗規(guī)程,具有固定加載條件,但在進(jìn)行疲勞試驗Ntmaxf時材料處于動態(tài)加載過程,材料損傷在累積,能有效承載{(1/m)×A×Smax×[1-D(N)]}(3)的面積在減少,不同加載模式(如加載速率、波形等)對瀝式中,m為動載強度Smax與靜載強度St之比值,稱動青混合料疲勞動態(tài)性能有顯著影響。因此,本文皆在探討載強度修正系數(shù)疲勞動載時瀝青混合料強度和真實應(yīng)力水平特性,為科學(xué)根據(jù)式(2)和式(3),損傷變量在疲勞中的變化:研究瀝青混合料動載性能提供參考。1/nD(N)=1-A′/A=1-(1-N/N)(4)f對損傷變量與疲勞作用次數(shù)相關(guān),對損傷變量D對N1

6、建立動態(tài)過程疲勞損傷模型求導(dǎo):(1-n)/n本文定義疲勞動載強度Smax,由于瀝青混合料具有粘dD(N)/dN=[1/(n×Nf)]×(1-N/Nf)≠常數(shù)(5)彈特性,其通過試驗反應(yīng)的力學(xué)特性與加載條件相關(guān)。顯可得損傷變化速率dD(N)/dN在疲勞過程中非常數(shù),然以室內(nèi)試驗確定的靜載強度確定疲勞時的應(yīng)力水平是不在數(shù)學(xué)中定義即為非線性變化速率,瀝青混合料在疲勞過準(zhǔn)確的,即靜載強度并不等同于疲勞作用下真實動載強度,程每一次作用造成的損傷并非保持不變。真實動載強度對于研究疲勞過程具有的強度,確定疲勞應(yīng)由式(4),當(dāng)N=N-1時,D(N-1)=1-(1/ff力水平具有重要意義

7、,真實應(yīng)力水平能體現(xiàn)在疲勞時損傷N)1/n,稱D(N-1)為臨界疲勞損傷度,是整個疲勞過程ff損傷變量達(dá)到的最大值。D(N-1)<1,可知整個疲勞過f作者簡介:李沛洪(1993-),男,廣東廣州人,在讀碩士研究生,主要研究方向:道路結(jié)構(gòu)與材料。程直至瀝青混合料完全斷開,疲勞損傷度為D(Nf-1)。·113·歸方程可得:2劈裂疲勞動載強度與實際應(yīng)力水平推導(dǎo)2+0．096t+0．0025R2=0．97(9)t′=-0．038t2．1動載強度推導(dǎo)在定義靜載強度時是依據(jù)材料在試驗中所能承受的最大荷載來計算,同理當(dāng)作用到疲勞次數(shù)為N-1時,材料f已