[發(fā)明專利]一種簡單應(yīng)力狀態(tài)下瀝青混合料疲勞壽命預(yù)估方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910335078.1
• 申請日: 2019-04-24
• 公開（公告）號: CN110018049A
• 公開（公告）日: 2019-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 呂松濤;彭幸海;劉超超;鄭健龍;張超;陽月明;夏誠東;沈逸涵
• 申請（專利權(quán)）人: 長沙理工大學(xué)
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08
• 代理公司: 北京慕達(dá)星云知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 崔自京

本發(fā)明公開了一種簡單應(yīng)力狀態(tài)下瀝青混合料疲勞壽命預(yù)估方法。通過不同加載速度下的強(qiáng)度和疲勞試驗(yàn)，基于Desai強(qiáng)度屈服準(zhǔn)則，建立了直接拉伸、單軸壓縮和間接拉伸三種應(yīng)力狀態(tài)下瀝青混合料疲勞特性的歸一化模型，這意味著只需要獲得任意一種應(yīng)力狀態(tài)下的疲勞方程，即可預(yù)測其他兩種應(yīng)力狀態(tài)任意應(yīng)力水平下的疲勞壽命。利用本發(fā)明的疲勞壽命預(yù)估方法，通過簡單的強(qiáng)度試驗(yàn)即可獲得相應(yīng)應(yīng)力水平下的疲勞壽命，節(jié)省了大量的室內(nèi)試驗(yàn)原材料和測試時間，實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)試驗(yàn)簡單應(yīng)力狀態(tài)下瀝青混合料疲勞壽命的快速統(tǒng)一預(yù)估。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及道路工程技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說是涉及一種簡單應(yīng)力狀態(tài)下瀝青混合料疲勞壽命預(yù)估方法。

背景技術(shù)

疲勞設(shè)計是瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計中的核心內(nèi)容，疲勞壽命更是直接影響了瀝青路面的耐久性，決定了瀝青路面的服務(wù)周期。目前，國內(nèi)外所開展的瀝青混合料疲勞試驗(yàn)方法有實(shí)際路面的疲勞試驗(yàn)、足尺試驗(yàn)和試板試驗(yàn)以及室內(nèi)小型試件的疲勞試驗(yàn)，由于室內(nèi)疲勞試驗(yàn)具有方便、成本低及周期短的特點(diǎn)，已被國內(nèi)外研究人員廣泛采用來研究瀝青混合料的疲勞壽命。國內(nèi)外主流的瀝青混合料疲勞試驗(yàn)包括單軸壓縮、直接拉伸、間接拉伸、三點(diǎn)彎曲、四點(diǎn)彎曲、懸臂梁彎曲和半圓彎曲7種應(yīng)力狀態(tài)，但對于同一種瀝青混合料，7種不同測試方法得到的疲勞壽命結(jié)果是不一致的，甚至是數(shù)量級的差異。不僅如此，同一種應(yīng)力狀態(tài)，不同的試件尺寸得到的疲勞壽命結(jié)果也不盡相同，再加上現(xiàn)有疲勞方程的局限性，疲勞壽命很難預(yù)估精準(zhǔn)，因此，瀝青混合料的抗疲勞性能如何也就無從下結(jié)論，這種現(xiàn)象無疑阻礙了瀝青路面耐久性的發(fā)展。

為了加載測試的方便，簡單應(yīng)力狀態(tài)(單軸壓縮，直接拉伸，間接拉伸)瀝青混合料疲勞試驗(yàn)更受國內(nèi)外研究學(xué)者關(guān)注，關(guān)于簡單應(yīng)力狀態(tài)下疲勞壽命預(yù)估模型，國內(nèi)外研究學(xué)者開展了一系列研究。有學(xué)者研究了11種不同的試驗(yàn)方法來評估瀝青混合料的疲勞壽命，包括直接拉伸和單軸壓縮，彎曲和間接拉伸試驗(yàn)，結(jié)果表明，很難從不同試驗(yàn)設(shè)備中比較疲勞壽命；有學(xué)者通過直接拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)，得到了強(qiáng)度與加載速率的變化關(guān)系，進(jìn)而建立了基于真實(shí)應(yīng)力比的疲勞方程，彌補(bǔ)了現(xiàn)行使用傳統(tǒng)S-N疲勞方程進(jìn)行疲勞設(shè)計時的不足；有學(xué)者對含預(yù)制缺口的直接拉伸試件進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，并采用疲勞力學(xué)與斷裂力學(xué)結(jié)合的方法對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行回歸分析，表明了兩種方法分別得到的瀝青混合料直接拉伸疲勞試驗(yàn)結(jié)果基本一致；有學(xué)者基于粘彈性理論，通過間接拉伸蠕變試驗(yàn)和疲勞試驗(yàn)結(jié)果修正了預(yù)測模型，得到的預(yù)測模型可以預(yù)估間接拉伸疲勞壽命；還有學(xué)者提出以橫向應(yīng)變建立疲勞方程，并采用應(yīng)變-溫度-壽命疲勞三維曲面模型對疲勞性能進(jìn)行預(yù)估。

因此，雖然是簡單應(yīng)力狀態(tài)，仍有不同的疲勞壽命預(yù)估方法，其試驗(yàn)結(jié)果也是不同的，很難進(jìn)行比較。特別是疲勞試驗(yàn)的結(jié)果對其試件的幾何形狀、尺寸和疲勞加載方式具有較高的敏感性，所以簡單應(yīng)力狀態(tài)下的疲勞壽命預(yù)估模型很難統(tǒng)一。

針對不同簡單應(yīng)力狀態(tài)下瀝青混合料疲勞性能難于統(tǒng)一的問題，專利申請?zhí)枮镃N201810415005.9的發(fā)明專利提供了一種不同應(yīng)力狀態(tài)下瀝青混合料疲勞性能歸一化方法，該方法對不同應(yīng)力狀態(tài)下瀝青混合料疲勞結(jié)果進(jìn)行分析，達(dá)到了對不同應(yīng)力狀態(tài)下瀝青混合料疲勞特性進(jìn)行歸一化的目的，實(shí)現(xiàn)了不同疲勞試驗(yàn)方法試驗(yàn)結(jié)果的統(tǒng)一。但該發(fā)明僅提供了不同簡單應(yīng)力狀態(tài)下的瀝青混合料疲勞性能歸一化方程，從而得到了對瀝青混合料疲勞性能的綜合評價方法，并沒有針對瀝青混合料疲勞壽命的預(yù)估進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

特別的，現(xiàn)有技術(shù)中，針對瀝青混合料疲勞壽命預(yù)估的模型多局限于一種應(yīng)力狀態(tài)，也即單向應(yīng)力狀態(tài)的模型只能預(yù)估單向應(yīng)力狀態(tài)的疲勞壽命，而用一種應(yīng)力狀態(tài)疲勞模型去預(yù)估其他相似應(yīng)力狀態(tài)下瀝青混合料的疲勞壽命的方法還鮮有報道。

因此，如何提供一種由單向應(yīng)力狀態(tài)模型預(yù)估其他相似應(yīng)力狀態(tài)下瀝青混合料的疲勞壽命的預(yù)估方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容