[发明专利]一种考虑应力松弛的沥青面层累积温度收缩应力计算方法

说明书

本发明提供一种考虑应力松弛的沥青面层累积温度收缩应力计算方法，包括如下步骤：进行马歇尔试验，确定沥青混合料动态模量主曲线方程及各移位因子；根据Prony级数理论及配置法，转化动态模量主曲线方程为广义Maxwell松弛模量主曲线方程；基于Boltzmann叠加原理及Hills理论，计算路面累积温度收缩应力。

技术领域

本发明涉及道路工程领域，具体涉及一种考虑应力松弛的沥青面层累积温度收缩应力计算方法。

背景技术

连续降温作用下，路面沥青层受到收缩约束从而产生温度应力，是造成路面低温开裂的主要原因。沥青混合料作为粘弹性材料，降温产生的温度应力会因松弛特性而逐渐消除，温度越低沥青混合料的松弛特性就越差，温度应力越容易积累。

Hills公式是经典沥青面层累积温度收缩应力计算公式，其计算思路为①将连续降温的过程离散为n的降温段；②采用劲度模量S计算每个降温段内的温度应力；③将计算得到的n个降温段温度应力叠加，从而得到总温度应力。

但Hills公式存在如下问题：①劲度模量S是关于时间和温度的函数，该式对劲度模量S的取值并不明确；②n个降温段温度应力并不能简单的线性叠加，因为上一段产生的温度应力，会在随后的时间段内产生应力松弛效应，因此线性叠加计算得到的总温度应力偏大。

因此，本发明改进了经典Hills公式，采用松弛模量计算路面温度收缩累积应力。

同时，松弛模量是表征沥青混合料粘弹性力学性质的参数，可由松弛试验测量得到，但该实验对测试设备要求较高，大多数设备通常很难达到测试要求(要求在瞬时使试件的应变达到ε₀)，因此直接测定松弛模量造成误差较大。本发明采用较为简单的复数模量试验得到沥青混合料的动态模量，根据时间－温度等效原理确定沥青混合料动态模量主曲线，再利用配置法和相应黏弹性理论关系式将沥青混合料的动态模量转化为松弛模量。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提供一种能够准确考虑沥青混合料松弛特性在温度收缩过程中的影响，进而能够准确计算沥青面层累积温度收缩应力的计算方法。为实现该技术目的，本发明的方案是：

一种考虑应力松弛的沥青面层累积温度收缩应力计算方法，包括如下步骤：

步骤1：进行马歇尔试验，确定沥青混合料动态模量主曲线方程及各移位因子，采用Sigmoidal函数表示的动态模量主曲线方程如下：

式中，|E^*|为动态模量；δ为动态模量最小值；α为动态模量最大值减去δ；β、γ为Sigmoidal函数的形状参数；ω_r为缩减频率；ω为试验频率；α(T)为移位因子；E_a为回归系数；T为试验温度值；T_r为参考温度。

步骤2：根据Prony级数理论及配置法，转化动态模量主曲线方程为广义Maxwell松弛模量主曲线方程，方法如下：

步骤2.1：将ω＝ω₁、ω₂、ω₃、ω₄、ω₅、ω₆、ω₇、ω₈、ω₉、ω₁₀、ω₁₁对应分别为10⁶、10⁵、10⁴、10³、10²、10¹、10⁰、10^-1、10^-2、10^-3、10^-4时，带入步骤1计算得到的动态模量主曲线方程，得到每个对应的|E^*|_j，j＝1～11；