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基于应力控制模式下的沥青混合料疲劳开裂预估模型的研究

孙杰  
【摘要】: 沥青混合料的疲劳性能指标是沥青路面结构设计的重要技术参数指标之一。研究沥青混合料在特定的交通与环境条件下的疲劳特性对于沥青路面设计、施工和养护具有重要的指导意义和规范作用。本文主要就应力控制模式下的沥青混合料疲劳性能开展具体的试验研究工作。 本文介绍了当前国际上常用沥青路面加速加载试验方法,比较不同试验设备与方法的优缺点,最终选用四点弯曲疲劳试验方法,采用英国COOPER公司生产的疲劳试验机。在加载模式的选择上,应用多层弹性体系理论对国内典型路面结构进行计算分析表明,厚沥青层路面更适用于应力加载控制模式。本研究最终采用室内四点弯曲应力控制模式进行沥青混合料小梁疲劳性能试验。 在沥青混合料疲劳性能分析方面,本研究首先采用统计学原理对疲劳参数进行统计分析。研究表明,沥青混合料试件疲劳寿命和累积耗散能离散性很大;沥青混合料的疲劳寿命和累积耗散能以及初始模量数据呈对数正态分布。并对沥青混合料的疲劳寿命进行了双参数Weibull分布理论的验证;其次,将影响沥青混合料疲劳性能的因素按其表征的特征不同分为外部因素和内部因素两大类。利用灰色系统理论对影响沥青混合料疲劳寿命的内部因素进行优势分析,结果表明材料级配关键筛孔的通过率、沥青种类以及混合料体积指标对疲劳试验结果有显著影响;再次,采用OriginPro7.5数据分析软件对疲劳试验参数进行多元线性回归,分别得到初始模量、拉应变以及累积耗散能的回归表达式,并分析了其各自影响的显著性因素,还对不同类型混合料的疲劳性能参数进行了比较;最后,本研究分析了应力控制模式下沥青混合料疲劳试验过程中的损伤演化规律,建立了单位加载疲劳损伤率与疲劳寿命之间的关系式。 沥青路面疲劳损坏预估是建立在室内沥青混合料疲劳性能预估模型研究的基础之上,本研究建立了以初始劲度模量、加载应力水平以及弯拉应变等多个变量沥青混合料疲劳性能预测模型。并比较分析应变控制模式下和应力控制模式下的疲劳寿命预测模型,研究表明二者之间的关系受材料参数影响较大。 本文得到的研究成果深层次地揭示了沥青混合料应力控制疲劳性能的内在规律,为更深入地研究沥青混合料的疲劳性能提供了新的思路、方法和手段。


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