疲劳试验及几种试验方法的比较

疲劳试验及几种试验方法的比较第一页，共二十七页，编辑于2023年，星期日内容摘要概述

沥青混合料动态特性

沥青混合料疲劳力学模型

影响沥青路面疲劳寿命的因素

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沥青混合料的疲劳试验方法

第二页，共二十七页，编辑于2023年，星期日概述

路面疲劳破坏特征

裂缝是疲劳的表现，取决于荷载水平（应力比或应变比）重复次数第三页，共二十七页，编辑于2023年，星期日车辆驶过路面时的受力状况第四页，共二十七页，编辑于2023年，星期日沥青混合料动态特性目前我国在通过试验取得材料参数和对沥青混合料进行性能的研究时，材料试件的受力状态基本上是静态的，没有考虑材料在动态荷载下的动态性能。导致路面设计的两大问题：试验所得性能与参数不能充分反映行驶中汽车荷载作用下材料的真实性能使得设计中的理论弯沉计算值与实测结果不符，从而不得不在规范中引入一项综合系数来进行修正第五页，共二十七页，编辑于2023年，星期日沥青混合料动态性能参数

劲度复合模量抗压强度表征沥青混合料动态性能参数主要有回弹模量第六页，共二十七页，编辑于2023年，星期日影响沥青混合料动态模量因素影响因素试验温度加载力与方式加载频率试件尺寸

随温度升高，沥青混合料的劲度呈降低趋势采用的加载频率在1~20Hz

动态模量随荷载频率的增加而增大试件尺寸加载频率加载力大小与加载方式试验温度的影响

荷载越大，动态模量越大

美国ASTM要求尺寸高径比1:2

我国现行测试方法使用高径比1:1第七页，共二十七页，编辑于2023年，星期日沥青混合料疲劳力学模型

现象学法能量法综合目前的研究成果，沥青路面疲劳特性的研究方法基本可分为三类：力学近似法第八页，共二十七页，编辑于2023年，星期日疲劳破坏的定义按照传统的定义，材料疲劳破坏的最终结果是断裂。美国试验与材料协会（ASTM）公布的“疲劳试验及数据统计分析术语”将其表述为“材料某点或若干点承受扰动应力，且在足够多的循环扰动后形成裂纹或者发生断裂，使得材料发生局部的或者永久的结构变化的这一发展过程，称之为疲劳第九页，共二十七页，编辑于2023年，星期日现象学法应力控制应变控制保持挠度或试件底部应变峰谷值不变表征公式表征公式施加荷载（应力）的峰谷值不变试件完全断裂现象学法中，把材料出现破坏的重复应力值称作疲劳强度，相应的应力重复作用次数称为疲劳寿命。劲度下降到初始劲度的50%或更低第十页，共二十七页，编辑于2023年，星期日影响沥青路面疲劳寿命的因素[Imageinformationinproduct]Image:Notetocustomers:ThisimagehasbeenlicensedtobeusedwithinthisPowerPointtemplateonly.Youmaynotextracttheimageforanyotheruse.（1）荷载历史（2）加载速率（3）施加应力或应变波谱的形式（4）荷载间歇时间（5）试验方法和试件形状

荷载条件

材料性质环境条件（1）混合料劲度（2）混合料沥青用量（3）沥青的种类和硬度（4）沥青混合料的空隙率（5）集料表面性状（1）温度（2）湿度第十一页，共二十七页，编辑于2023年，星期日沥青混合料的疲劳试验方法现象学法进行疲劳试验的方法归纳起来可以分为四类：1、实际路面在真实汽车荷载下的疲劳破坏试验2、路面结构在模拟汽车荷载作用下的疲劳试验研究3、试板试验4、试验室小型试件的疲劳试验研究第十二页，共二十七页，编辑于2023年，星期日疲劳试验方式汇总试验方法加载形式应力分布加载波形加载频率间歇时间（次/s）应力状态四点弯曲带间隙的半正弦波1~1.67单轴向中点弯曲同上带间隙的正弦、三角或方波最大1/100单轴向梯形悬臂梁带间隙的正弦三角波形25或1/100单轴向旋转悬臂10°16.67单轴向单轴8.33~25.0单轴向间接拉伸1.0双轴向支承梁弯曲半正弦0.75单轴向第十三页，共二十七页，编辑于2023年，星期日四点弯曲疲劳试验方法加载方式第十四页，共二十七页，编辑于2023年，星期日四点弯曲疲劳试验方法采用振动轮碾成型设备进行碾压成型置于高精度金刚石双面剧内，采用双面同步切割技术300mm×50mm×50mm沥青混合料小梁试件均在试验温度下环境温控箱内养护4小时以上,控温精度为0.1℃，控温范围为-20℃~+60℃成型方法试件尺寸环境条件第十五页，共二十七页，编辑于2023年，星期日四点弯曲疲劳试验方法第十六页，共二十七页，编辑于2023年，星期日梯形悬臂梁疲劳试验方法加载方式第十七页，共二十七页，编辑于2023年，星期日梯形悬臂梁疲劳试验方法试件尺寸粗端55mm×20mm细端20mm×20mm长度为250mm环境条件：1、沥青混合料小梁试件均在环境温控箱内在试验温度下养护4小时以上2、控温精度为0.1℃，控温范围为-20℃~+60℃第十八页，共二十七页，编辑于2023年，星期日间接拉伸疲劳试验方法加载方式第十九页，共二十七页，编辑于2023年，星期日间接拉伸疲劳试验方法试件尺寸直径100mm高63.5mm环境条件：1、沥青混合料小梁试件均在环境温控箱内在试验温度下养护4小时以上2、保温室控温范围为2℃-20℃，精度至少为±1℃。第二十页，共二十七页，编辑于2023年，星期日三种试验方法的评价影响因素敏感性试验可靠性合理性美国SHRP研究计划对这三种试验方法进行详细的评价，从三个角度方法评价第二十一页，共二十七页，编辑于2023年，星期日不同试验方法影响因素敏感性分析结果评价指标影响因素四点弯曲梯形悬臂梁间接拉伸劲度模量变化百分表沥青种类512943沥青含量000集料类型11527空隙率332418温度844467应力水平840疲劳寿命变化百分表沥青种类565853沥青含量5000集料类型674945空隙率858067温度999899应力水平888076第二十二页，共二十七页，编辑于2023年，星期日23不同试验方法影响敏感性分析结果四点弯曲间接拉伸梯形悬臂梁弯曲四点弯曲梯形悬臂梁弯曲间接拉伸对沥青类型的敏感程度对其他因素的敏感程度第二十三页，共二十七页，编辑于2023年，星期日不同试验方法可靠性分析结果评价指标四点弯曲梯形悬臂梁间接拉伸劲度模量变化系数（%）12.311.419.7采样方差（Inpsi)0.010.0140.015疲劳寿命变化系数（%）98.7171.865.5采样方差（InNf)0.2821.6960.213试验可靠性分析主要用于评价试验方法在重复条件下的可靠程度，即反映各试验方法的离散程度。第二十四页，共二十七页，编辑于2023年，星期日不同试验方法影响可靠性分析结果对于疲劳寿命对于劲度模量间接拉伸四点弯曲四点弯曲梯形悬臂梁弯曲梯形悬臂梁弯曲间接拉伸可靠性分析第二十五页，共二十七页，编辑于2023年，星期日不同试验方法影响合理性分析结果评价指标四点弯曲梯形悬臂梁间接拉伸平均劲度模量0℃2,454,7001,978,1003,712,40020℃425,1001,063,1001,211,300平均疲劳寿命0℃5,834,000488,800214,90020℃34,500245,600108,100

合理性分析主要是评价各试验方法所获得的试验结果是否合理，即试验结果是否与先前经验所期望的一致。通过间接拉伸方式获得的平均劲度模量要比四点弯曲高出60%~70%四点弯曲疲劳试验结果获得的平均疲劳寿命是间接拉伸疲劳的27倍梯形悬臂梁疲劳试验所得的劲度模量和疲劳寿命对温度不太敏感第二十六页，共二十七页，编辑于2023年，星期日几种疲劳试验的比较试验方法优点缺点模拟现场状况简便性综合排序四点弯曲①试验结果可直接用于设计②基本技术可用于其他方面③可选择加载方法④敏感程度相对较好①耗时②成本高③需专用设备接近较简便1梯形悬臂梁①试验结果可直接用于设计②基本技术可用于其他方面③可选择加载方法①耗时②成本高③需专