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1、基于动态过程的沥青混合料疲劳损伤特性分析11234李沛洪,李友云,陈德泽,黄富荣,戴文(1．长沙理工大学公路工程教育部重点实验室,湖南长沙410114;2．广东梅县建筑设计院有限公司,广东梅州514700;3．广东鸿宇建筑与工程设计顾问有限公司中山分公司,广东中山528403;4．中交路桥建设有限公司,北京100027)摘要:以沥青混合料动态疲劳损伤为研究内容,以的力学特性。劈裂疲劳试验为对象,定义损伤变量,分析动态过程中应1．1定义损伤变量定义力水平的变化规律,导出损伤过程非线性表达式。为研究D=1-A′/A(1)不同于静载强度条件下的劈裂疲劳动载强度S和实际应max
2、式中,A′为带有损伤的实际承载面积;A为无损伤的力水平,推导了动载强度计算公式和实际应力水平公式。初始面积。通过疲劳试验得出名义应力水平下的S-N疲劳方程,依据1．2动态疲劳损伤方程此方程准确求算动载强度和实际应力水平,并建立动载强本文选取劈裂疲劳试验,该试验特点是夹具上下压头度、实际应力水平与名义应力水平回归表达式,为研究沥作用于标准马歇尔试件圆柱体侧面。在疲劳试验中,上下青混合料动态疲劳过程提供参考。压头对圆柱体沥青混合料上部和下部受压,中部受拉,裂关键词:沥青混合料;劈裂疲劳试验;损伤变量;动缝从薄弱部位产生和扩展,由于是恒定荷载作用,有效承载强度;实际应力水平载
3、面积在减少,所以材料内部承受的应力在增大。中图分类号:U414文献标志码:A疲劳试验开始时设定荷载,则试件所承受的初始应力文章编号:1672-4011(2016)10-0113-02为σ,疲劳动载强度S,在该条件下疲劳寿命为N,实maxfDOI:10．3969/j．issn．1672-4011．2016．10．052际应力水平t=σ′/S。疲劳过程中当进行到第N次时,max剩余寿命为N-N,在加荷恒定条件下材料发生损伤裂缝,0前言f承载面积减少,应力幅σ′在增加,此时实际应力水平t′=N沥青路面疲劳性能是道路工作者研究广泛的课题之一。σ′/S。max沥青混合料抵抗重复荷
4、载不出现完全破坏的能力称为疲劳n现用经典疲劳寿命表达式S-N方程N=k(1/t),f性能。根据损伤力学观点,疲劳过程是重复荷载导致材料表达动态应力水平变化规律。损伤不断累积的过程,主要表现为内部微细损伤和裂纹的静态应力水平:扩展与扩大,直至材料丧失强度。=σ/[(1/m)×S1/n=F/[(1/m)t=σ/S]=(k/N)tmaxf通常情况下,研究沥青混合料疲劳损伤和疲劳寿命,×A×S](2)都需测定样本的静载强度,通过静载强度设定不同的室内max动态应力水平:试验应力水平来研究材料的疲劳特性。由于测定静载强度=σ′/S=σ′/[(1/m)×S-N)]1/n=F/t]=
5、[k/(N是依据试验规程,具有固定加载条件,但在进行疲劳试验Ntmaxf时材料处于动态加载过程,材料损伤在累积,能有效承载{(1/m)×A×Smax×[1-D(N)]}(3)的面积在减少,不同加载模式(如加载速率、波形等)对沥式中,m为动载强度Smax与静载强度St之比值,称动青混合料疲劳动态性能有显著影响。因此,本文皆在探讨载强度修正系数疲劳动载时沥青混合料强度和真实应力水平特性,为科学根据式(2)和式(3),损伤变量在疲劳中的变化:研究沥青混合料动载性能提供参考。1/nD(N)=1-A′/A=1-(1-N/N)(4)f对损伤变量与疲劳作用次数相关,对损伤变量D对N1
6、建立动态过程疲劳损伤模型求导:(1-n)/n本文定义疲劳动载强度Smax,由于沥青混合料具有粘dD(N)/dN=[1/(n×Nf)]×(1-N/Nf)≠常数(5)弹特性,其通过试验反应的力学特性与加载条件相关。显可得损伤变化速率dD(N)/dN在疲劳过程中非常数,然以室内试验确定的静载强度确定疲劳时的应力水平是不在数学中定义即为非线性变化速率,沥青混合料在疲劳过准确的,即静载强度并不等同于疲劳作用下真实动载强度,程每一次作用造成的损伤并非保持不变。真实动载强度对于研究疲劳过程具有的强度,确定疲劳应由式(4),当N=N-1时,D(N-1)=1-(1/ff力水平具有重要意义
7、,真实应力水平能体现在疲劳时损伤N)1/n,称D(N-1)为临界疲劳损伤度,是整个疲劳过程ff损伤变量达到的最大值。D(N-1)<1,可知整个疲劳过f作者简介:李沛洪(1993-),男,广东广州人,在读硕士研究生,主要研究方向:道路结构与材料。程直至沥青混合料完全断开,疲劳损伤度为D(Nf-1)。·113·归方程可得:2劈裂疲劳动载强度与实际应力水平推导2+0．096t+0．0025R2=0．97(9)t′=-0．038t2．1动载强度推导在定义静载强度时是依据材料在试验中所能承受的最大荷载来计算,同理当作用到疲劳次数为N-1时,材料f已
