加载频率对纤维沥青混凝土疲劳性能的影响

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1、第33卷第6期华北水利水电学院学报Vo1．33NO．62012年l2月JournalofNoahChinaInstituteofWaterConservancyandHydroelectricPowerDec．2012文章编号：1002—5634(2012)O6—0106一O6加载频率对纤维沥青混凝土疲劳性能的影响黄春水，高丹盈，朱海堂(郑州大学新型建材与结构研究中心，河南郑州450002)摘要：以现象学法为基础，结合损伤力学原理，提出了纤维沥青混凝土疲劳破坏准则．通过不同频率、应力水平纤维沥青混

2、凝土劈裂疲劳试验，研究了加载频率对沥青混凝土疲劳性能的影响，建立了不同频率下沥青混凝土疲劳寿命计算模型．试验研究和理论分析表明：疲劳加载频率越低，沥青混凝土疲劳寿命对应力水平的变化就越敏感，低速、重载交通是造成沥青混凝土疲劳破坏的重要原因．关键词：纤维沥青混凝土；疲劳性能；劈裂疲劳试验；加载频率疲劳破坏是沥青混凝土路面的主要破坏形式之1材料和试验一．对沥青混凝土疲劳性能的研究主要有现象学法、力学近似法和损伤力学法3种方法¨，结合实际试验采用AH一70沥青，长径比R。(纤维长度路面在真实汽车荷载作用

3、下的疲劳试验、足尺路面与直径的比值)为324的聚酯纤维，纤维掺量P，(纤结构在模拟汽车荷载下的疲劳试验和室内小型疲劳维与集料的质量比)为0．3％．集料经过筛分、清洗、试验3类试验方法，建立描述沥青混凝土材料疲劳烘干后与石灰岩矿粉配成AC一13I型级配中性能的粘弹性模型、损伤力学模型和能量耗散模型值．通过标准马歇尔试验分别确定基体沥青等，研究应力水平、频率、温度、加载方式、孑L隙混合料及不同纤维长径比和掺量的沥青混合料的最率等对沥青混凝土疲劳性能的影响¨．随着纤维佳沥青用量，然后在最佳沥青用量下击实

4、成型标准沥青混凝土的推广应用，研究纤维沥青混凝土的疲马歇尔试件．在图1所示疲劳试验机上进行15℃疲劳破坏机理及疲劳性能显得更加重要．在纤维沥青劳试验，疲劳荷载等级分别为同条件下劈裂破坏荷混凝土疲劳性能研究方面，主要以应力和应变控制载的20％，30％，40％和50％，加载频率分别为0．5，的室内小型疲劳试验为基础，研究纤维掺量、纤维类1．0，5．0，10．0，15．0，20．0Hz和25．0Hz，加载的波型和纤维长径比对沥青混凝土疲劳性能的形为正弦波．影响。。．纵观现有的研究，还存在许多亟待解决的问

5、题，如纤维沥青混凝土的疲劳破坏准则及其频率对纤维沥青混凝土疲劳性能的影响等．为此，文中在纤维沥青混凝土应力控制模式劈裂(间接拉伸)疲劳试验的基础上，提出劲度模量衰减和疲劳损伤统一的疲劳破坏准则，然后通过不同频率和应力水平下的疲劳试验，研究加载频率对纤维沥青混凝土疲劳性能的影响．图1疲劳试验机收稿日期：2012—09—10基金项目：国家自然科学基金重点项目(50678159)．作者简介：黄春水(1976一)，男，河南信阳人，讲师，博士研究生，主要从事纤维混凝土方面的研究．高丹盈(1962一)，男，河

6、南三门峡人，教授，博导，博士，主要从事新型复合材料结构理论及其应用方面的研究第33卷第6期黄春水，等：加载频率对纤维沥青混凝土疲劳性能的影响进行间接拉伸疲劳试验时]，以循环加载200次的2疲劳破坏准则劲度模量作为初始劲度模量，将劲度模量衰减到初始劲度模量的30％作为疲劳破坏的准则，栾利不同疲劳破坏准则对应不同疲劳寿命，研究纤强以损伤因子稳定和加速阶段的转折点定义为维沥青混凝土疲劳性能时，合理确定疲劳破坏准则疲劳破坏的标准．由此可见，目前对于如何界定沥青尤为重要．对于应力控制模式疲劳试验，通常混凝土

7、材料疲劳破坏，还没有形成统一的标准，每种直观地以试件完全断裂作为破坏的标准，也有研究方法都具有主观性，导致相同的沥青混凝土材料对者把材料的复合模量降低到初始模量的90％作为应不同的疲劳寿命．疲劳参数衰减过程曲线如图2疲劳破坏的标准，VanDijk把应变值达到初始应变所示．的2倍视作试件疲劳破坏，而Maupin和Freeman在5．0：Z4．03．0、謇·毯1ooOO500D10000150D0∞00D25仰3o0口00．005仰l000D1500D加0口0250003o00Do5000l00口0l

8、5叩0∞000250口03o仰疲劳加载次数饮疲劳加载次数／7欠疲劳加载次数饮(a)劲度模量衰减(b)荷载(C)位移图2疲劳参数衰减过程曲线图2(a)是疲劳试验过程中采集到的试件劲度由图2(c)可以看出，疲劳加载过程中，上峰值模量、力和波峰波谷对应的劲度模量与疲劳加载次位移和下峰值位移在加载过程中也经历了3个阶数关系曲线．由图2(a)可以看出，在疲劳加载过程段，首先是疲劳加载初期的减速增加阶段，上峰值和中，沥青混凝土劲度模量衰减过程经历3个阶段，首下峰值位移随疲劳加载次数的增加迅速增