[发明专利]一种控制应变加载模式下的沥青混合料仿真疲劳试验方法

说明书

本发明公开了一种控制应变加载模式下的沥青混合料仿真疲劳试验方法，该试验方法通过对沥青砂浆进行疲劳试验获取沥青砂浆疲劳失效条件，再通过生成沥青混合料仿真试件进行疲劳试验输出疲劳表征变量，将输出表征变量与疲劳失效条件相对比，从而得出沥青混合料疲劳失效相关参数。本发明能够很好地模拟沥青混合料在进行四点弯曲疲劳试验时的受力状态，在获得沥青砂浆疲劳性能衰减规律的基础上，可任意改变粗集料含量实现沥青混合料疲劳过程的仿真模拟而不需要进行实际沥青混合料疲劳试验，解决了沥青混合料疲劳试验周期长，实验结果离散性大，试验成本高等问题，对于道路工程专业研究具有重要意义。

技术领域

本发明涉及一种疲劳试验方法，具体为一种控制应变加载模式下的沥青混合料仿真疲劳试验方法。

背景技术

疲劳裂缝是沥青路面的主要病害形式之一，沥青混合料作为沥青路面的主要组成部分，其疲劳性能对沥青路面中疲劳裂缝的产生与发展具有重要影响。对于沥青混合料疲劳性能的研究，主要从两个方面进行：一是室外大型环道试验，这种试验方法具有实验结果准确，可直接应用等优点，但是试验时间成本与资金成本高，目前只有少数国家采用此方法；二是室内小型疲劳试验，这种试验方法试验周期相对较短，资金投入相对较低，但是实验结果离散性大，我国《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)规定，四点弯曲疲劳试验需进行3 次以上的平行试验，以便对平行试验结果进行统计分析，并剔除提出异常结果。同时还规定若要获得一条完整的疲劳曲线应选择3个或3个以上的实验水平，且疲劳寿命次数宜涵盖几千次值几百万次的范围。这样就导致沥青混合料的四点弯曲疲劳试验的时间成本与资金成本大大提高。

通过大量沥青混合料疲劳试验可以发现，疲劳裂缝往往产生在沥青砂浆结构中，而粗集料在整个疲劳过程中发生破坏的概率很小。因此，在沥青砂浆的疲劳性能研究的基础上对沥青混合料的疲劳性能进行研究，成为研究沥青混合料的疲劳破坏规律的一种新方法。

发明内容

发明目的：本发明提出了一种控制应变加载模式下的沥青混合料仿真疲劳试验方法，通过该方法可以实现控制应变加载模式下沥青混合料四点弯曲疲劳试验仿真模拟，解决了沥青混合料四点弯曲疲劳试验离散性大，试验时间成本与资金成本高的问题，而且仿真试验过程中可以对沥青混合料仿真试件内部的各力学指标进行实时计算与监控。

发明内容：一种控制应变加载模式下的沥青混合料仿真疲劳试验方法，具体步骤如下：

步骤1)：获取沥青砂浆在与沥青混合料相同疲劳试验条件下的疲劳失效条件,具体步骤如下：

Ⅰ、利用沥青混合料马歇尔试验获得不同空隙率对应的不同油石比，根据去除沥青混合料中粗集料后剩余细集料、矿粉与沥青质量之比例不变的原则，确定沥青砂浆的级配与油石比。利用轮碾法或振动法成型沥青砂浆车辙板，待充分冷却后脱模，然后利用切割机对其进行切割，得到符合疲劳试验尺寸规格的沥青砂浆试件，并进行控制应变加载模式下的疲劳试验，实验条件与沥青混合料疲劳试验条件保持一致，根据沥青砂浆在与沥青混合料相同试验条件下的疲劳试验结果，得到应力、应变、弯曲劲度模量等力学指标随疲劳加载次数的变化规律。

Ⅱ、沥青砂浆力学本构模型与疲劳演化方程构建：设定沥青砂浆只有在受到拉应力时才会发生疲劳破坏，此时受到拉应力大小为σ，初始弯曲劲度模量为E，实时弯曲劲度模量为产生拉应变大小为ε，损伤大小为D，疲劳加载次数为 N，根据损伤力学原理构建沥青砂浆含损伤本构模型如式(1)：

σ＝(1-D)Eε(1)

构建控制应变加载模式下的沥青砂浆损伤演化方程如式(2)：

此时，沥青砂浆内损伤的计算方法为式(3)：

式(2)中a、p为模型参数，需要通过拟合得到。