基于多級等幅荷載下的瀝青混合料損傷累積和瀝青面層疲勞損傷破壞研究.rar

疲勞損傷破壞是瀝青路面的主要破壞形式之一，也是瀝青路面結構設計重點考慮的 問題。而瀝青混合料作為瀝青路面主要的建筑材料，研究其在交通荷載作用下的疲勞損 傷累積進程以及疲勞壽命預測是研究瀝青路面疲勞損傷破壞的重要手段和需要解決的關 鍵性問題之一。論文依托國家自然科學基金重點項目“瀝青路面隨機疲勞累積損傷機理 研究（ 51038004 ）”，通過不同加載方式下四點彎曲小梁疲勞試驗，揭示了瀝青混合料各 性能指標參數(shù)的變化規(guī)律，開展了基于勁度模量衰減的與加載歷史及次序相關的瀝青混 合料非線性疲勞損傷研究，對于改善現(xiàn)有的瀝青路面結構疲勞設計具有重要的科學參考 價值。 通過 4 種應變水平下的單級荷載加載的四點彎曲小梁疲勞試驗，提出了確定初始勁 度模量以及失效判據(jù)的方法，據(jù)此給出了單級荷載作用下與勁度模量和應變大小相關的 瀝青混合料疲勞壽命預測方程，同時分析不同應變水平下彎拉勁度模量的衰減規(guī)律，建 立了與加載次數(shù)，加載大小及勁度模量相關的冪函數(shù)疲勞累積損傷模型，確定瀝青混合 料疲勞損傷演變呈非線性的特性。 通過不同加載方式的多級等幅荷載下的疲勞試驗，獲得了不同荷載大小、不同加載 次數(shù)及不同加載順序下彎拉勁度模量、耗散能變化率等疲勞損傷相關指標的衰變規(guī)律。 運用以往的疲勞損傷累積模型不能準確擬合多級荷載下瀝青混合料的疲勞累積損傷，預 測的疲勞壽命與試驗結果相差大，在此基礎上提出并建立了與加載歷史，加載次序相關 的疲勞壽命預測方程，其預測結果比以往的疲勞壽命預測模型更準確，引入加載歷史和 加載次序作為疲勞損傷參數(shù)更具有優(yōu)越性。 采用數(shù)字散斑相關（DSCM）測量系統(tǒng)，基于 Matlab 平臺結合分形理論數(shù)值計算方法 自行編程，對多級荷載作用下瀝青混合料疲勞損傷累積的宏觀體現(xiàn) - 裂縫的發(fā)展規(guī)律進行 研究，揭示了荷載轉換時疲勞損傷累積途徑的變化；同時通過改變低 - 高應變水平加載次 數(shù)的比例，確定瀝青混合料在低 - 高加載模式下存在“鍛煉效應”，通過以上研究對多級 等幅荷載變換時疲勞損傷出現(xiàn)延遲現(xiàn)象給出了合理的解釋。 深入分析了多級荷載作用下瀝青混合料的疲勞損傷累積規(guī)律，并對基于疲勞累積損 傷的瀝青混合料破壞進行了研究，結果表明加載歷史與加載順序對瀝青混合料疲勞破壞 的影響較大；在此基礎上，嘗試建立了一種能反映損傷現(xiàn)狀以及加載歷史、加載次序相 I 關的基于非線性疲勞損傷累積的瀝青層破壞評價的新體系，實例分析表明，它比現(xiàn)有的 基于 Miner 線性準則建立的疲勞破壞評價體系更能反映路面瀝青層的實際情況。 本文研究所取得的成果有助于人們進一步認識瀝青路面在荷載作用下的疲勞損傷累 積規(guī)律，為以瀝青層層底拉應變作為控制指標的瀝青層破壞體系的建立奠定基礎，對于 完善瀝青路面疲勞設計方法，提高瀝青層的耐久性設計水平具有重要意義。 關鍵詞 : 瀝青混合料；四點彎曲疲勞試驗；多級等幅荷載；疲勞損傷累積；損傷遲滯效 應；瀝青層