[发明专利]考虑疲劳-蠕变交互损伤作用的沥青混合料寿命预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种考虑疲劳-蠕变交互损伤作用的沥青混合料寿命预测方法，属于道路工程领域。

背景技术

沥青路面在重复荷载作用下容易产生疲劳开裂，进行沥青混合料疲劳性能的研究，改善沥青混合料的耐疲劳性能，可以延长沥青路面的使用寿命，从而节约建设养护费用，大大提高道路，尤其是高等级道路的社会效益和经济效益。因此，多年来沥青混合料的疲劳性能研究一直受到国内外广泛关注。许多国家和机构的沥青路面结构设计方法，如壳牌（SHELL）设计法、美国AI设计法等都将沥青层最大拉应变作为结构设计指标，通过设计合理的路面结构厚度来控制沥青处治层的疲劳破坏。

目前沥青路面寿命预测方法主要有现象学法、力学近似法和能耗法。一、现象学方法，不能解释不同疲劳试验方法之间的内在联系，对于疲劳破坏标准也不能给出准确的解释，不能反映沥青混合料粘弹性质，也不能反映在荷载作用下试件内部损伤—微裂纹、微裂缝的积累过程。现象学法得到的疲劳模型不能真实反映沥青混合料的疲劳特性。二、力学近似法，即应用断裂力学原理分析疲劳裂缝扩展规律以确定材料疲劳寿命的一种方法。断裂力学方法只能考虑稳态裂缝扩展，并且由于沥青混合料的粘性、弹性、塑性的特点，其应力强度因子K1在高温时并非常数，从而使其应用受到局限。三、能耗方法，通过疲劳试验建立不同应变水平下沥青混合料的疲劳寿命和达到疲劳破坏时的累积能耗的关系，以此来评价沥青混合料疲劳性能，并不能反映损伤变化的趋势。

沥青混合料在其实际工作温度范围内表现为粘弹性体，因而在车辆荷载作用下，沥青层既有弹性变形又有蠕变变形，沥青层的疲劳失效可以看成是由蠕变损伤与疲劳损伤共同引起。所以应该探索从沥青混合料的粘弹性本构关系出发，将疲劳试验历程产生的损伤与沥青混合料的蠕变产生的损伤效应综合考虑，更深入地研究沥青混合料的疲劳机理，探索其疲劳演化规律，考察不同疲劳试验方法之间的内在联系，并在此基础上选择更科学的疲劳失效判别标准，建立起考虑疲劳-蠕变交互作用损伤的统一疲劳模型，从而为沥青路面疲劳设计方法提供理论依据。

发明内容

本发明的技术任务是，针对现有技术方法的不足，从沥青混合料的粘弹性本构关系出发，构建出更准确预测沥青混合料寿命的考虑疲劳-蠕变交互作用损伤的统一疲劳模型。利用该模型进行沥青路面结构设计可以更好的确定各项参数，更好的模拟路面实际受力和环境因素对路面寿命的影响。

为解决上述问题，本发明采用技术方案是：

考虑疲劳-蠕变交互损伤作用的沥青混合料寿命预测方法的具体步骤如下：

（1）确定周期荷载作用下的沥青混合料复数模量

粘弹性材料在周期性应力作用下的应变响应，用复数模量E^*来表示，它是动态粘弹性能的标志，包含实部和虚部：

E^*＝E′-iE″

|E*|=σ0ϵ0]]>

式中：E′——储能模量；

E″——损耗模量；

i——虚数单位；

|E^*|——复数模量；

σ₀——应力振幅；

ε₀——应变峰值；

（2）确定沥青混合料的损伤变量

在控制应力试验中，施加的荷载波形为正弦波，利用（1）中的复数模量将沥青混合料的损伤变量定义为：

Q=1-|E*|N|E*|]]>