[發明專利]基于UTM試驗機的瀝青混合料隨機加載方法

在審

• 申請號: 201710584132.7
• 申請日: 2017-07-18
• 公開（公告）號: CN107436266A
• 公開（公告）日: 2017-12-05
• 發明（設計）人: 肖鵬;伏偉俐;吳正光;沈燕;王勝
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: G01N3/32
• 分類號: G01N3/32
• 代理公司: 南京理工大學專利中心32203
• 代理人: 吳茂杰

技術領域

本發明屬于道路工程瀝青混合料疲勞性能試驗技術領域，特別涉及一種精確度高、實用性好的基于UTM試驗機的瀝青混合料隨機加載方法。

背景技術

車輛荷載譜由結構所受到的荷載(軸載)的大小與其作用次數組成，又稱為荷載頻值譜。對車輛荷載譜的研究，主要集中在橋梁和道路結構方面。在道路方面，車輛荷載譜用于疲勞分析和疲勞設計。關于疲勞荷載譜的研究，研究主要通過調查某個地區具體道路的交通量和車型，按照等效的疲勞損傷原理對車型進行簡化合并，從而編訂了適合各自地區的荷載譜。

車輛荷載是一種隨機荷載，不同時段、不同路段結構上作用的車輛荷載各不相同。通過直接調查獲得的荷載譜相對復雜、無序，不宜直接運用于試驗研究。需要將調查得到隨機荷載過程經過統計分析編制成適用的隨機荷載譜。

UTM試驗機中的UTS015小梁疲勞試驗機包括控制和數據采集系統以及試驗軟件。該試驗設備的數字式伺服控制氣壓制動器提供精確的加載波形控制，能夠進行正弦波、半正弦波的應變、應力控制模式加載。

使用UTM疲勞試驗機進行小梁彎曲疲勞試驗時，荷載控制模式分為：應力控制和應變控制。應力控制方式是指在重復加載過程中所施加荷載(或應力)保持不變，隨著荷載作用次數的增加，瀝青混合料強度逐漸減小，底部應變逐漸增大，直至試件斷裂為止。破壞時應力重復作用的總次數就是瀝青混合料的疲勞壽命。應變控制是指在試驗中，保持撓度或者試件底部的應變峰谷值不變。隨著荷載重復次數的增加，混合料的強度下降，為了保持試件底部應變或撓度不變，作用荷載逐漸減小，以至應力變小。不同荷載模式在反映瀝青混合料疲勞特性方面有顯著差異。

在實際道路中，面層材料一直在承受車輛隨機荷載的作用，試驗中加載次數和應力水平隨機的應用到試驗中，直到試件發生破壞為止。作用在瀝青路面的荷載均為隨機荷載。

不同的加載方式、加載順序均對瀝青路面材料的疲勞損傷及疲勞壽命有一定影響。國內外對直接作用在瀝青路面上的實際交通軸載譜對路面材料性能研究較少。采用常規標準加載模式，評價材料性能與路面實際受力情況有一定的差異性。難以精確確定實際路面上的隨機軸載譜。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于UTM試驗機的瀝青混合料隨機加載方法，精確度高、實用性好。

實現本發明目的的技術方案為：

一種基于UTM試驗機的瀝青混合料隨機加載方法，包括以下步驟：

(10)基礎數據采集：利用動態稱重系統，采集和存儲高速公路不同時段、不同車道以及不同車型的車輛特征參數和荷載參數，建立車輛特征和荷載參數數據庫，所述車輛特征參數包括車輛的車軸數量、車軸類型、車軸間距等，所述荷載參數是指各個車軸所對應的軸重；

(20)實測軸載概率模型建立：根據采集的基礎數據，利用數理統計方法分析選出合適的概率分布模型，表征不同車道軸載分布；

(30)隨機荷載模型編制：利用隨機函數將車輛荷載進行隨機排列，生成符合軸載概率分布模型的隨機軸載；

(40)隨機荷載加載：利用UTM試驗機的加載設置窗口，將隨機荷載轉換成隨機應變譜，對疲勞試驗和動態模量性能測試中的瀝青混合料進行隨機荷載加載。

本發明與現有技術相比，其顯著優點在于：

1、精確度高：該發明提出的一種基于UTM試驗機進行隨機加載的實現方法，選擇雙峰正態分布概率分布，參照擬合方法確定各參數，得到行車道和超車道軸載分布的概率密度函數公式，可以利用MATLAB軟件進行編程實現符合路面實際軸載情況的隨機荷載模型，采取科學有效的方法，不僅避免誤差，而且精確度高。

2、實用性好：該發明提出的一種基于UTM試驗機進行隨機加載的實現方法，可以利用MATLAB軟件進行編程實現符合路面實際軸載情況的隨機荷載模型，生成符合的軸載概率分布模型的隨機軸載，將隨機荷載轉換成隨機應變譜輸入UTM試驗機中，應用到瀝青混合料疲勞試驗和動態模量等性能測試中，有效地運用到瀝青路面性能的評定中，操作簡單，實用性好。

附圖說明

圖1為本發明基于UTM試驗機的瀝青混合料隨機加載方法的主流程圖。

具體實施方式

如圖1所示，本發明基于UTM試驗機的瀝青混合料隨機加載方法，包括以下步驟：