[發明專利]三維應力狀態下瀝青混合料疲勞特性溫度相關性表征方法

在審

• 申請號: 201910382694.2
• 申請日: 2019-05-09
• 公開（公告）號: CN110286045A
• 公開（公告）日: 2019-09-27
• 發明（設計）人: 呂松濤;樊喜雁;夏誠東;陳東;張芳超;鄭健龍
• 申請（專利權）人: 長沙理工大學
• 主分類號: G01N3/32
• 分類號: G01N3/32;G01N3/36
• 代理公司: 重慶市信立達專利代理事務所(普通合伙) 50230
• 代理人: 包曉靜

本發明公開了三維應力狀態下瀝青混合料疲勞特性溫度相關性表征方法，具體涉及道路工程領域，具體表征方法如下：S1、基于三維應力狀態建立強度屈服面模型；S2、建立瀝青混合料屈服面響應函數；S3、不同應力狀態下疲勞應力路徑的確定；S4、基于屈服準則思想的疲勞特性分析新方法。本發明方法從三維的角度重新定義了疲勞方程，并結合溫度對疲勞壽命的影響，用溫度對疲勞壽命進行表征。該方法確定的疲勞壽命方程，更科學，也更符合實際，可對我國瀝青路面設計起到指導作用。

技術領域

本發明涉及道路工程技術領域，更具體地說，本發明涉及三維應力狀態 下瀝青混合料疲勞特性溫度相關性表征方法。

背景技術

交通運輸是國民經濟的命脈，隨著經濟建設的發展，對交通的需求日益 提高；近十幾年來，我國的公路建設得到了迅猛的發展，尤其是高等級公路 的發展勢頭更為強勁，交通運輸部統計公報顯示：截止2017年底，全國公路 總里程477.35萬公里，位居世界第二，其中高速公路總里程達13.65萬公里。 今后十幾年內還要新建數萬公里高速公路和百萬公里普通公路，更有數百萬 公里的公路亟需升級改造，其中高等級公路絕大部分為瀝青路面。

我國在高等級公路瀝青路面的建設實踐中，積累了豐富的經驗，解決了 許多關鍵科學技術問題。但按現行設計方法修筑的瀝青路面其預期結構行為 響應特性、性能演變規律等與實際情況存在較大的出入，從而引起公眾對瀝 青路面的設計、施工及養護等工作產生質疑，造成了不良的社會影響。究其 原因是眾多因素造成的，但與設計方法所存在的先天不足卻有著直接的關系。

我國瀝青路面設計方法采用力學-經驗法：用力學方法計算路面結構的荷 載響應，以均質各向同性線彈性力學作為結構響應計算的力學模型，彈性模 量為計算參數；經驗的方法確定路面結構的抗力，通過室內試驗和大量的現 場檢測、破壞狀態調研，結合材料的強度與疲勞特性，確定路面結構的設計 標準。瀝青路面結構設計采用的材料參數有：強度參數：極限強度。由極限 強度與結構疲勞強度特性確定各結構層的抗力。剛度參數：回彈模量—計算 路面結構的力學響應。疲勞參數：結構疲勞強度特性。

長期以來，瀝青混合料疲勞特性研究一直是國內外道路工作者普遍關心 的熱點問題。在車輪荷載作用下，瀝青路面處于明顯的三維復雜應力狀態， 其承受的三向主應力不等，且可能是壓或拉應力的不同組合。在三向壓縮荷 載作用下，瀝青混合料的強度會有所增大；在拉壓荷載作用下，瀝青混合料 的強度可能會有所減小。因此，現行的以最大拉應力作為破壞準則的瀝青路 面結構設計方法，有時會偏于保守，有時也會很危險。

瀝青路面設計所采用的一維強度準則不能客觀表征瀝青路面實際的三維 應力狀態，瀝青路面結構各點均處于復雜應力狀態，瀝青路面設計采用最大 拉應力和最大拉應變強度準則，只考慮了一維應力狀態，采用一維強度準則 表征三維應力狀態下材料的破壞特征沒有考慮除最大拉應力(拉應變)之外其 他應力應變分量對破壞的影響。為了更加客觀、全面、科學、準確地表征路 面結構的破壞情況，應引入三維應力狀態對路面結構的復雜應力情況進行表 征，因此本發明提出一種三維應力狀態下瀝青混合料疲勞特性的表征方法。

其次，瀝青是一種溫度敏感性材料，考慮其疲勞特性，必須考慮溫度的 影響。

溫度疲勞破壞不容忽視的，從所受荷載模式的角度分析，較低頻率的荷 載是溫度疲勞的主要特點。大多相關文獻考慮的是材料的荷載疲勞特性，而 對于低頻的溫度疲勞研究較少。瀝青面層內部在寒冷地區常會產生較大的溫 度差，通常大風天氣容易造成溫度大幅降低，尤其是瀝青混合料表面溫度迅 速下降，而在瀝青混合料底部溫度下降有一定的延遲，所以在內外部不可避 免的存在溫差。因此在瀝青面層始終存在一定程度的溫度收縮應力，且由于 大風降溫作用，使得面層表面溫度收縮應力最大。若此收縮應力大于其彎拉 強度，瀝青面層就會產生微裂縫。在南方多雨地區，即使在夏季，由于經常 性驟降大雨，同樣可使瀝青混合料表面溫度下降30℃，較大的收縮應力隨之 產生，這種情況在一個白天可有多次。總而言之，瀝青混合料的溫度疲勞破 壞均是由于溫度收縮應力的循環作用使微裂隙不斷擴展產生的。