一种沥青混合料疲劳寿命预估方法技术

本发明专利技术公开了一种沥青混合料疲劳寿命预估方法，包括如下步骤：S1、制作沥青混合料的标准试件；S2、在设定参数下对所制作的标准试件进行不同应力等级下的沥青混合料的三点弯曲疲劳试验；S3、根据试验数据拟合沥青混合料的应力应变滞回曲线；S4、验证所获取的应力应变滞回曲线的准确性；S5、基于所述滞回曲线构建沥青混合料的疲劳损伤变量；S6、构建沥青混合料疲劳寿命预估模型。本发明专利技术的方法避免了耗散能相对变化率为预测疲劳寿命指标数据离散的缺陷，从而提高了沥青混合料疲劳寿命的预测精度，模型构建步骤较少，形式简洁，具有较高的实用价值。用价值。用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种沥青混合料疲劳寿命预估方法


[0001]本专利技术涉及沥青寿命预估
，具体地说是一种沥青混合料疲劳寿命预估方法。

技术介绍

[0002]沥青混合料疲劳失效或者疲劳开裂是沥青路面的主要病害之一，开展沥青混合料的疲劳损伤特性研究，建立沥青混合料疲劳寿命预测方法，可以实现对沥青混合料疲劳寿命的预测，进一步优化沥青混合料的材料设计，提高沥青混合料的抗疲劳性能。沥青混合料是一种粘弹性材料，重复荷载作用下加载与卸载过程中应力
‑
应变曲线无法完全重合从而形成滞变回线，并不断产生能量消耗，最终在累积的耗散能量达到一定程度时发生疲劳失效。目前，从能量角度分析沥青混合料疲劳性能时，大多数研究以应力－应变曲线围成的面积代表耗散能变化率指标来评价和预测沥青混合料的疲劳寿命，但存在耗散能变化率指标数据离散和疲劳寿命预测精度不高的缺陷等缺陷。
[0003]目前，从能量角度分析沥青混合料疲劳性能时，大多数研究以应力－应变曲线围成的面积代表耗散能变化率指标来评价和预测沥青混合料的疲劳寿命，但存在耗散能变化率指标数据离散和疲劳寿命预测精度不高的缺陷等。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是针对以上不足，提供一种基于滞回曲线形态参数变化率的沥青混合料疲劳寿命预估方法，以解决耗散能变化率指标的数据离散和疲劳寿命预测精度不高的缺陷。
[0005]本专利技术所采用技术方案是：
[0006]一种沥青混合料疲劳寿命预估方法，包括如下步骤：
[0007]S1、制作沥青混合料的标准试件；
[0008]S2、在设定参数下对所制作的标准试件进行不同应力等级下的沥青混合料的三点弯曲疲劳试验；
[0009]S3、根据试验数据拟合沥青混合料的应力应变滞回曲线；
[0010]S4、验证所获取的应力应变滞回曲线的准确性；
[0011]S5、基于所述滞回曲线构建沥青混合料的疲劳损伤变量；
[0012]S6、构建沥青混合料疲劳寿命预估模型。
[0013]作为进一步的优化，本专利技术的步骤S1中，所述标准试件的要求为由轮碾成型后切制的长250mm
±
2.0mm、宽30mm
±
2mm、高35mm
±
2mm的棱柱体小梁，其跨径为200mm
±
5mm。
[0014]作为进一步的优化，本专利技术的步骤S2中，所述设定参数为单一加载频率为10Hz、单一试验温度为15℃。
[0015]作为进一步的优化，本专利技术的步骤S2中，进行沥青混合料的三点弯曲疲劳试验时，记录每次试验中试件跨中位置的荷载、位移以及试件断裂时荷载的作用次数，并将试件断
裂时荷载的作用次数作为该沥青混合料的疲劳寿命；
[0016]将所述记录的实测荷载弯拉应力，其换算公式为：
[0017][0018]将所述记录的位移参数换算成弯拉应变，其换算公式为：
[0019][0020]其中：σ
m
——实测弯拉应力(MPa)；
[0021]ε
m
——实测弯拉应变；
[0022]d——试件跨径(mm)；
[0023]F——实测荷载(N)；
[0024]b——跨中断面试件的宽度(mm)；
[0025]h——跨中断面试件的高度(mm)；
[0026]l——试件的跨中位移(mm)。
[0027]作为进一步的优化，本专利技术的步骤S3中，通过Matlab软件根据弯拉应力和弯拉应变，进行曲线拟合，获取该沥青混合料的应力应变滞回曲线，并获取该滞回曲线的形态参数：长轴、短轴、中心点坐标和长轴与坐标系的x轴之间的夹角。
[0028]作为进一步的优化，本专利技术的步骤S4中，验证所获取的应力应变滞回曲线的准确性的过程包括如下步骤：
[0029]S41、计算滞回曲线中心点的横坐标与理论弯拉应变的关系，其计算公式为：
[0030][0031][0032][0033][0034]其中：A、B、C——过程参数；
[0035]a——滞回曲线的长轴；
[0036]b——滞回曲线的短轴；
[0037]θ——长轴a与x轴的夹角(弧度)；
[0038]x0——滞回曲线中心点横坐标；
[0039]ε
t
——理论弯拉应变；
[0040]S42、计算理论的弯拉应变与实测的弯拉应变的误差值，其计算公式为：
[0041][0042]其中：ε
t
——理论弯拉应变；
[0043]ε
m
——实测弯拉应变；
[0044]V
err
ors——ε
t
与ε
m
的误差值；
[0045]S43、当理论弯拉应变与实测的弯拉应变的关系曲线沿45
°
等值线附近分布时，说明所拟合滞回曲线的准确性。
[0046]作为进一步的优化，本专利技术的步骤S5中6，基于滞回曲线的中心点的横坐标构建沥青混合料产生疲劳的疲劳损伤变量，其计算公式为：
[0047][0048]其中：D——疲劳损伤变量；
[0049]x0‑
n
——第n周期的滞回曲线中心点横坐标；
[0050]x0‑
n+1
——第n+1周期滞回曲线的中心点横坐标。
[0051]作为进一步的优化，本专利技术的步骤S6中，先构建疲劳损伤变量与加载周期的关系曲线：以荷载周期与疲劳寿命的比值作为横坐标，以疲劳寿命变量为纵坐标，构建疲劳损伤变量与加载周期的关系曲线，并将疲劳损伤变量与加载周期的关系曲线依次划分为三个阶段。
[0052]作为进一步的优化，本专利技术的将疲劳损伤变量与加载周期的关系曲线依次划分为三个阶段过程为：建的疲劳损伤变量与加载周期的关系曲线计算相邻周期的疲劳寿命变量值，其计算公式为：
[0053][0054]其中：D
n
——第n周期的的疲劳损伤变量；
[0055]D
n+1
——第n+1周期的的疲劳损伤变量；
[0056]V
errors
——第n+1周期的的疲劳损伤变量与第n周期的疲劳损伤变量的误差值；当V
errors
小于15％，将此时荷载周期与疲劳寿命的比值作为三个阶段的分界点，获取中间平滑阶段的点值作为有效值。
[0057]作为进一步的优化，本专利技术的获取平滑阶段的点值的疲劳损伤伤变量值，并计算这些疲劳损伤变量值的平均值，构建疲劳损伤变量平均值与疲劳寿命之间的关系模型，该关系模型即为沥青混合梁的疲劳寿命预测模型，其表达式为：
[0058]D
average
＝f(N
f
)
[0059]其中：D
average
——疲劳损伤变量值的平均值
[0060]N
f
——疲劳寿命。
[0061]本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种沥青混合料疲劳寿命预估方法，其特征在于：包括如下步骤：S1、制作沥青混合料的标准试件；S2、在设定参数下对所制作的标准试件进行不同应力等级下的沥青混合料的三点弯曲疲劳试验；S3、根据试验数据拟合沥青混合料的应力应变滞回曲线；S4、验证所获取的应力应变滞回曲线的准确性；S5、基于所述滞回曲线构建沥青混合料的疲劳损伤变量；S6、构建沥青混合料疲劳寿命预估模型。2.根据权利要求1所述的沥青混合料疲劳寿命预估方法，其特征在于：步骤S1中，所述标准试件的要求为由轮碾成型后切制的长250mm
±
2.0mm、宽30mm
±
2mm、高35mm
±
2mm的棱柱体小梁，其跨径为200mm
±
5mm。3.根据权利要求1所述的沥青混合料疲劳寿命预估方法，其特征在于：步骤S2中，所述设定参数为单一加载频率为10Hz、单一试验温度为15℃。4.根据权利要求1所述的沥青混合料疲劳寿命预估方法，其特征在于：步骤S2中，进行沥青混合料的三点弯曲疲劳试验时，记录每次试验中试件跨中位置的荷载、位移以及试件断裂时荷载的作用次数，并将试件断裂时荷载的作用次数作为该沥青混合料的疲劳寿命；将所述记录的实测荷载弯拉应力，其换算公式为：将所述记录的位移参数换算成弯拉应变，其换算公式为：其中：σ
m
——实测弯拉应力(MPa)；ε
m
——实测弯拉应变；d——试件跨径(mm)；F——实测荷载(N)；b——跨中断面试件的宽度(mm)；h——跨中断面试件的高度(mm)；l——试件的跨中位移(mm)。5.根据权利要求4所述的沥青混合料疲劳寿命预估方法，其特征在于：步骤S3中，通过Matlab软件根据弯拉应力和弯拉应变，进行曲线拟合，获取该沥青混合料的应力应变滞回曲线，并获取该滞回曲线的形态参数：长轴、短轴、中心点坐标和长轴与坐标系的x轴之间的夹角。6.根据权利要求5所述的沥青混合料疲劳寿命预估方法，其特征在于：步骤S4中，验证所获取的应力应变滞回曲线的准确性的过程包括如下步骤：S41、计算滞回曲线中心点的横坐标与理论弯拉应变的关系，其计算公式为：
其中：A、B、C——过程参数；a——滞回曲线的长轴；b——滞回曲线的短轴；θ——长轴a与x轴的夹角(弧度)；x0——滞回曲线中心点横坐标；ε
t
——理论弯拉应变；S42、计...

【专利技术属性】
技术研发人员：石中州，高威，李盛堃，纪春明，王希河，尚刘威，高志龙，杨海威，王东，冯泽权，
申请(专利权)人：中建八局第一建设有限公司，
类型：发明
国别省市：