[發明專利]一種級配碎石重復荷載試驗的彈塑性屈服點應力確定方法

有效

• 申請號: 201810550856.4
• 申請日: 2018-05-31
• 公開（公告）號: CN108732048B
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 馬骉;李寧;王小慶;司偉;陳莎莎
• 申請（專利權）人: 長安大學
• 主分類號: G01N3/32
• 分類號: G01N3/32
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

本發明一種級配碎石重復荷載試驗的彈塑性屈服點應力確定方法，該方法依據級配碎石等粒料材料在重復荷載作用下的變形過程，并采用安定性分析方法，通過塑性應變對級配碎石在重復荷載作用下的安定性進行評價，建立了級配碎石在重復荷載作用下塑性應變率模型和回彈應變模型；通過分析塑性應變率和回彈應變與SMP屈服準則的關系，提出了屈服應力隨荷載強度和荷載次數變化的計算模型。本發明可判定粒料在不同荷載強度和荷載作用次數下的屈服應力及其彈塑性狀態，為進行彈塑性應力應變計算提供了條件，對于實現級配碎石彈塑性模型的應用奠定基礎。本發明具有試驗方法及參數獲取方法方便、模型組成部分代表意義明確、彈塑性屈服點屈服應力計算過程簡潔。

技術領域

本發明屬于道路工程技術領域，具體涉及一種級配碎石重復荷載試驗的彈塑性屈服點應力確定方法。

背景技術

級配碎石以良好的變形追溯性、裂縫阻隔性、透水性和可再生性，是道路工程柔性路面典型的基層或底基層材料。然而，級配碎石具有散體顆粒特性，在荷載作用下應力擴散能力弱、塑性變形大、彈塑性顯著等特點，采用彈性模型進行級配碎石結構層的設計和計算時與其實際效果有很大不同，常規的彈性模型不足以反映級配碎石的特性，因而需要采用彈塑性模型表征級配碎石的彈塑性特性。

屈服準則是確定彈塑性模型的重要組成部分，屈服點是判斷材料或結構所處力學階段是彈性還是塑性階段的重要依據。在常規屈服面中，一旦屈服準則確定，則相應的彈塑性屈服面或屈服點就確定，在單次加載過程是可行的，而在重復荷載作用下，材料或結構的屈服面則會隨著加載次數而不斷改變，具體表現在材料不斷得到強化。因而，在采用固定屈服面作為重復加載過程中的屈服面時，隨著荷載次數的硬化過程則不能充分表達。

在長期重復荷載作用下，級配碎石等粒料材料的變形具有顯著的安定性特，當荷載強度不會引起材料破壞時，粒料材料的變形漸趨穩定，表現為塑性安定或彈性安定行為。在此過程中，塑性應變率是安定階段評價的重要指標，因而常規彈塑性屈服面中主要考慮了塑性應變或塑性應變率，是反映加載過程中塑性發展的依據。

當以彈塑性理論作為評價時，屈服面不斷擴大，粒料材料的安定行為變化階段也是材料的硬化過程，即表現為材料的彈塑性綜合模量在增長，在相同軸向荷載下，則回彈應變降低并趨于完全彈性狀態。可見，回彈應變的變化也可作為粒料材料的安定性和彈塑性評價的重要指標，是反映在加載過程中彈性性能變化的依據。然后，常規的屈服面中較少考慮回彈應變對屈服面的影響。

重復荷載作用的屈服面變化處于不斷變化過程，不同于常規單次荷載作用的屈服面；另外，常規的屈服面僅考慮了塑性變化過程，而對彈性變化過程考慮較少。這兩方面原因直接影響采用常規屈服面進行彈塑性計算時的效率和準確性。而屈服點應力時判定何時發生塑性的重要判定，而常規屈服面中也缺乏相關的說明和指導，不能明確在結構所處的狀態，嚴重影響對結構性能承載能力分析和結構長期性能的評估和預測。

發明內容

本發明的目的針對目前級配碎石常用彈塑性模型屈服面在重復荷載試驗中適應性不足，缺乏彈塑性屈服點應力的計算和判定方法，提供了一種級配碎石重復荷載試驗的彈塑性屈服點應力確定方法，提出了重復荷載作用下屈服面的發展規律和彈塑性屈服點應力的計算方法，為采用彈塑性模型進行級配碎石應力應變計算提供了判定依據和實踐基礎。

為達到上述目的，本發明采用如下的技術方案予以實現：

一種級配碎石重復荷載試驗的彈塑性屈服點應力確定方法，包括如下步驟：

步驟一：進行至少四種荷載強度下的級配碎石的重復荷載試驗，獲取重復荷載試驗下級配碎石的塑性應變率和回彈應變；

步驟二：采用安定性分析方法，以設定階段的累積塑性應變評價級配碎石達到安定狀態；在安定狀態下，分析級配碎石的塑性應變率和回彈應變與荷載強度和荷載作用次數的關系，建立級配碎石不同荷載強度和荷載次數下塑性應變率和回彈應變的預估模型；