一種瀝青混合料疲勞壽命預估方法技術

本發明專利技術公開了一種瀝青混合料疲勞壽命預估方法，包括如下步驟：S1、制作瀝青混合料的標準試件；S2、在設定參數下對所制作的標準試件進行不同應力等級下的瀝青混合料的三點彎曲疲勞試驗；S3、根據試驗數據擬合瀝青混合料的應力應變滯回曲線；S4、驗證所獲取的應力應變滯回曲線的準確性；S5、基于所述滯回曲線構建瀝青混合料的疲勞損傷變量；S6、構建瀝青混合料疲勞壽命預估模型。本發明專利技術的方法避免了耗散能相對變化率為預測疲勞壽命指標數據離散的缺陷，從而提高了瀝青混合料疲勞壽命的預測精度，模型構建步驟較少，形式簡潔，具有較高的實用價值。用價值。用價值。

【技術實現步驟摘要】
一種瀝青混合料疲勞壽命預估方法


[0001]本專利技術涉及瀝青壽命預估
，具體地說是一種瀝青混合料疲勞壽命預估方法。

技術介紹

[0002]瀝青混合料疲勞失效或者疲勞開裂是瀝青路面的主要病害之一，開展瀝青混合料的疲勞損傷特性研究，建立瀝青混合料疲勞壽命預測方法，可以實現對瀝青混合料疲勞壽命的預測，進一步優化瀝青混合料的材料設計，提高瀝青混合料的抗疲勞性能。瀝青混合料是一種粘彈性材料，重復荷載作用下加載與卸載過程中應力
?
應變曲線無法完全重合從而形成滯變回線，并不斷產生能量消耗，最終在累積的耗散能量達到一定程度時發生疲勞失效。目前，從能量角度分析瀝青混合料疲勞性能時，大多數研究以應力－應變曲線圍成的面積代表耗散能變化率指標來評價和預測瀝青混合料的疲勞壽命，但存在耗散能變化率指標數據離散和疲勞壽命預測精度不高的缺陷等缺陷。
[0003]目前，從能量角度分析瀝青混合料疲勞性能時，大多數研究以應力－應變曲線圍成的面積代表耗散能變化率指標來評價和預測瀝青混合料的疲勞壽命，但存在耗散能變化率指標數據離散和疲勞壽命預測精度不高的缺陷等。

技術實現思路

[0004]本專利技術的目的是針對以上不足，提供一種基于滯回曲線形態參數變化率的瀝青混合料疲勞壽命預估方法，以解決耗散能變化率指標的數據離散和疲勞壽命預測精度不高的缺陷。
[0005]本專利技術所采用技術方案是：
[0006]一種瀝青混合料疲勞壽命預估方法，包括如下步驟：
[0007]S1、制作瀝青混合料的標準試件；
[0008]S2、在設定參數下對所制作的標準試件進行不同應力等級下的瀝青混合料的三點彎曲疲勞試驗；
[0009]S3、根據試驗數據擬合瀝青混合料的應力應變滯回曲線；
[0010]S4、驗證所獲取的應力應變滯回曲線的準確性；
[0011]S5、基于所述滯回曲線構建瀝青混合料的疲勞損傷變量；
[0012]S6、構建瀝青混合料疲勞壽命預估模型。
[0013]作為進一步的優化，本專利技術的步驟S1中，所述標準試件的要求為由輪碾成型后切制的長250mm
±
2.0mm、寬30mm
±
2mm、高35mm
±
2mm的棱柱體小梁，其跨徑為200mm
±
5mm。
[0014]作為進一步的優化，本專利技術的步驟S2中，所述設定參數為單一加載頻率為10Hz、單一試驗溫度為15℃。
[0015]作為進一步的優化，本專利技術的步驟S2中，進行瀝青混合料的三點彎曲疲勞試驗時，記錄每次試驗中試件跨中位置的荷載、位移以及試件斷裂時荷載的作用次數，并將試件斷
裂時荷載的作用次數作為該瀝青混合料的疲勞壽命；
[0016]將所述記錄的實測荷載彎拉應力，其換算公式為：
[0017][0018]將所述記錄的位移參數換算成彎拉應變，其換算公式為：
[0019][0020]其中：σ
m
——實測彎拉應力(MPa)；
[0021]ε
m
——實測彎拉應變；
[0022]d——試件跨徑(mm)；
[0023]F——實測荷載(N)；
[0024]b——跨中斷面試件的寬度(mm)；
[0025]h——跨中斷面試件的高度(mm)；
[0026]l——試件的跨中位移(mm)。
[0027]作為進一步的優化，本專利技術的步驟S3中，通過Matlab軟件根據彎拉應力和彎拉應變，進行曲線擬合，獲取該瀝青混合料的應力應變滯回曲線，并獲取該滯回曲線的形態參數：長軸、短軸、中心點坐標和長軸與坐標系的x軸之間的夾角。
[0028]作為進一步的優化，本專利技術的步驟S4中，驗證所獲取的應力應變滯回曲線的準確性的過程包括如下步驟：
[0029]S41、計算滯回曲線中心點的橫坐標與理論彎拉應變的關系，其計算公式為：
[0030][0031][0032][0033][0034]其中：A、B、C——過程參數；
[0035]a——滯回曲線的長軸；
[0036]b——滯回曲線的短軸；
[0037]θ——長軸a與x軸的夾角(弧度)；
[0038]x0——滯回曲線中心點橫坐標；
[0039]ε
t
——理論彎拉應變；
[0040]S42、計算理論的彎拉應變與實測的彎拉應變的誤差值，其計算公式為：
[0041][0042]其中：ε
t
——理論彎拉應變；
[0043]ε
m
——實測彎拉應變；
[0044]V
err
ors——ε
t
與ε
m
的誤差值；
[0045]S43、當理論彎拉應變與實測的彎拉應變的關系曲線沿45
°
等值線附近分布時，說明所擬合滯回曲線的準確性。
[0046]作為進一步的優化，本專利技術的步驟S5中6，基于滯回曲線的中心點的橫坐標構建瀝青混合料產生疲勞的疲勞損傷變量，其計算公式為：
[0047][0048]其中：D——疲勞損傷變量；
[0049]x0?
n
——第n周期的滯回曲線中心點橫坐標；
[0050]x0?
n+1
——第n+1周期滯回曲線的中心點橫坐標。
[0051]作為進一步的優化，本專利技術的步驟S6中，先構建疲勞損傷變量與加載周期的關系曲線：以荷載周期與疲勞壽命的比值作為橫坐標，以疲勞壽命變量為縱坐標，構建疲勞損傷變量與加載周期的關系曲線，并將疲勞損傷變量與加載周期的關系曲線依次劃分為三個階段。
[0052]作為進一步的優化，本專利技術的將疲勞損傷變量與加載周期的關系曲線依次劃分為三個階段過程為：建的疲勞損傷變量與加載周期的關系曲線計算相鄰周期的疲勞壽命變量值，其計算公式為：
[0053][0054]其中：D
n
——第n周期的的疲勞損傷變量；
[0055]D
n+1
——第n+1周期的的疲勞損傷變量；
[0056]V
errors
——第n+1周期的的疲勞損傷變量與第n周期的疲勞損傷變量的誤差值；當V
errors
小于15％，將此時荷載周期與疲勞壽命的比值作為三個階段的分界點，獲取中間平滑階段的點值作為有效值。
[0057]作為進一步的優化，本專利技術的獲取平滑階段的點值的疲勞損傷傷變量值，并計算這些疲勞損傷變量值的平均值，構建疲勞損傷變量平均值與疲勞壽命之間的關系模型，該關系模型即為瀝青混合梁的疲勞壽命預測模型，其表達式為：
[0058]D
average
＝f(N
f
)
[0059]其中：D
average
——疲勞損傷變量值的平均值
[0060]N
f
——疲勞壽命。
[0061]本專利技術本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種瀝青混合料疲勞壽命預估方法，其特征在于：包括如下步驟：S1、制作瀝青混合料的標準試件；S2、在設定參數下對所制作的標準試件進行不同應力等級下的瀝青混合料的三點彎曲疲勞試驗；S3、根據試驗數據擬合瀝青混合料的應力應變滯回曲線；S4、驗證所獲取的應力應變滯回曲線的準確性；S5、基于所述滯回曲線構建瀝青混合料的疲勞損傷變量；S6、構建瀝青混合料疲勞壽命預估模型。2.根據權利要求1所述的瀝青混合料疲勞壽命預估方法，其特征在于：步驟S1中，所述標準試件的要求為由輪碾成型后切制的長250mm
±
2.0mm、寬30mm
±
2mm、高35mm
±
2mm的棱柱體小梁，其跨徑為200mm
±
5mm。3.根據權利要求1所述的瀝青混合料疲勞壽命預估方法，其特征在于：步驟S2中，所述設定參數為單一加載頻率為10Hz、單一試驗溫度為15℃。4.根據權利要求1所述的瀝青混合料疲勞壽命預估方法，其特征在于：步驟S2中，進行瀝青混合料的三點彎曲疲勞試驗時，記錄每次試驗中試件跨中位置的荷載、位移以及試件斷裂時荷載的作用次數，并將試件斷裂時荷載的作用次數作為該瀝青混合料的疲勞壽命；將所述記錄的實測荷載彎拉應力，其換算公式為：將所述記錄的位移參數換算成彎拉應變，其換算公式為：其中：σ
m
——實測彎拉應力(MPa)；ε
m
——實測彎拉應變；d——試件跨徑(mm)；F——實測荷載(N)；b——跨中斷面試件的寬度(mm)；h——跨中斷面試件的高度(mm)；l——試件的跨中位移(mm)。5.根據權利要求4所述的瀝青混合料疲勞壽命預估方法，其特征在于：步驟S3中，通過Matlab軟件根據彎拉應力和彎拉應變，進行曲線擬合，獲取該瀝青混合料的應力應變滯回曲線，并獲取該滯回曲線的形態參數：長軸、短軸、中心點坐標和長軸與坐標系的x軸之間的夾角。6.根據權利要求5所述的瀝青混合料疲勞壽命預估方法，其特征在于：步驟S4中，驗證所獲取的應力應變滯回曲線的準確性的過程包括如下步驟：S41、計算滯回曲線中心點的橫坐標與理論彎拉應變的關系，其計算公式為：
其中：A、B、C——過程參數；a——滯回曲線的長軸；b——滯回曲線的短軸；θ——長軸a與x軸的夾角(弧度)；x0——滯回曲線中心點橫坐標；ε
t
——理論彎拉應變；S42、計...

【專利技術屬性】
技術研發人員：石中州，高威，李盛堃，紀春明，王希河，尚劉威，高志龍，楊海威，王東，馮澤權，
申請(專利權)人：中建八局第一建設有限公司，
類型：發明
國別省市：