重复荷载作用下沥青混合料疲劳损伤与蠕变损伤特性研究

摘要

同其他形式的路面结构相比较,沥青路面具有平整度好,行车舒适,噪声小,施工期短,易于维修养护等更为优越的路用使用性能,因此在道路工程中的应用也日益广泛。然而随着沥青路面各项技术的不断发展,也出现了一系列问题,其中最主要的破坏形式之一就是疲劳破坏。为了更好地了解沥青混合的疲劳特性,有必要通过多种疲劳试验方法进行疲劳寿命预测,分析其破坏机理,从而为沥青混合料的参数设计及沥青路面结构设计提供更多的参考依据。
　　 本文通过室内沥青混合料拉压疲劳试验、直接拉伸疲劳试验和静载蠕变试验,全面分析了沥青混合料疲劳损伤和蠕交损伤特性。首先,分别基于名义应力比和真实应力比对沥青混合料拉压疲劳方程进行拟合,以对沥青混合料拉压疲劳寿命进行预测,并与直接拉伸疲劳拟合方程进行比较分析,获得了两种疲劳方程中参数k和n的变化规律。其次,从损伤力学角度出发,选取弹性模量为损伤变量,运用相关疲劳损伤模型,对相同加载频率下的拉压疲劳损伤演化方程进行拟合,从而分析了沥青混合料拉压疲劳损伤特性,同时运用经典的塑性断裂模型和韧性断裂模型分别对高应力和低应力下的蠕变损伤进行计算,分析其蠕变损伤特性。再次,根据半正矢疲劳应力分解原则,在相同实验条件下,分别对比分析了相应条件下的拉压疲劳损伤、蠕变损伤以及直接拉伸疲劳损伤,分析了三者的线性相关性,从而提出疲劳—蠕变交互耦合作用的存在,并对其耦合作用机理进行探讨。最后通过相关疲劳-蠕变耦合模型,对试验数据进行拟合,分别对相应试验条件下相同加载频率不同应力水平和相同真实应力比不同加载频率下的疲劳—蠕变交互作用进行耦合,并与实测数据进行对比,吻合良好。最后,在上述工作的基础上,分析了本文研究的不足之处,为下一步工作的开展提出了一些观点。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 沥青混合料疲劳损伤效应问题的提出

1.1.2 沥青混合料拉压疲劳损伤问题的提出

1.2 研究目的和意义

1.3 国内外研究现状

1.3.1 沥青混合料疲劳试验方法概况

1.3.2 疲劳-蠕变耦合作用研究概况

1.4 本文研究主要内容及技术路线

1.4.1 本文研究主要内容

1.4.2 技术路线

第二章 沥青混合料拉压疲劳试验分析

2.1 原材料试验及配合比设计

2.1.1 沥青材料试验

2.1.2 矿料级配的确定

2.1.3 马歇尔试验确定沥青最佳用量

2.2 沥青混合料疲劳试验方法的确定

2.2.1 主要疲劳试验方法评述

2.2.2 本文采用的疲劳试验方法

2.3 拉压疲劳试验条件

2.3.1 影响因素及加载模式

2.3.2 应力水平的确定

2.4 沥青混合料拉压疲劳方程拟合

2.4.1 基于名义应力比下的拉压疲劳方程拟合

2.4.2 基于真实应力比下的拉压疲劳方程拟合

2.5 不同试验结果分析

2.5.1 时间寿命对比

2.5.2 变形对比

2.6 本章小结

第三章 沥青混合料拉压疲劳损伤特性研究

3.1 沥青混合料拉压疲劳损伤演化方程拟合

3.1.1 损伤变量的选取

3.1.2 疲劳损伤演化模型

3.1.3 拉压疲劳损伤演化方程建立

3.2 疲劳损伤相关性分析

3.2.1 拉压疲劳损伤特性分析

3.2.2 直拉疲劳损伤特性分析

3.2.3 不同初始应力水平下的蠕变损伤分析

3.2.4 不同损伤对比分析

3.3 本章小结

第四章 疲劳-蠕变耦合作用研究

4.1 疲劳-蠕变耦合作用机理

4.1.1 疲劳破坏机理

4.1.2 蠕变破坏机理

4.1.3 疲劳—蠕变交互作用机理分析

4.2 疲劳-蠕变交互耦合方程的建立

4.2.1 疲劳-蠕变交互作用模型

4.2.2 相同加载频率下疲劳—蠕变耦合

4.2.3 不相同加载频率下疲劳—蠕变耦合

4.3 本章小结

第五章 展望与结论

5.1 主要结论

5.2 不足与进一步构想

参考文献

致谢

附录