沥青混合料裂纹扩展阶段的疲劳寿命预测木.PDF

维普资讯 华 南 理 工 大 学 学 报 (自然 科 学 版 ) 第36卷 第2期 JournalofSouthChinaUniversityofTechnology Vo1．36 No．2 2008年 2月 (NaturalScienceEdition) February 2008 文章编号：1000-565X(2008)02—0041—07 沥青混合料裂纹扩展阶段的疲劳寿命预测木 刘宇 张肖宁 王端宜 (1．哈尔滨工业大学 交通科学与工程学院，黑龙江 哈尔滨 150090；2．华南理工大学 交通学院，广东 广州 510640) 摘 要：由于沥青混合料的疲劳裂纹扩展一般难以用传统的Paris公式描述，文中基于能 耗的观点，研究了沥青混合料裂纹扩展阶段的疲劳演化规律．试验采用半圆弯曲试验方 法，在MTS试验系统上进行了3种级配的沥青混合料的断裂韧度试验和疲劳试验，定义 了半圆弯曲试验方法中沥青混合料的裂纹起裂点和疲劳破坏点．研究结果表明：具有断级 配的应力吸收层沥青混合料具有很好的抗裂性能和抗疲劳性能；混合料累积疲劳破坏能 符合Miner线性假定；沥青混合料的疲劳寿命与断裂韧度有很好的相关性．通过拟合 Van Dijk能耗公式参数而建立的以断裂韧度为参数的预测模型可以方便地预测沥青混合料裂 纹扩展阶段的疲劳寿命． 关键词：沥青混合料；裂纹扩展；疲劳寿命；预测模型；半圆弯曲试验；能耗 中图分类号：U412。2 文献标识码：A 沥青路面的疲劳破坏是其主要破坏特征，自20 裂力学一般 以Paris公式描述材料裂纹扩展 的主要 世纪50年代 ，Hveem等…发现在行车荷载的作用下 过程 ，然而沥青混合料在循环荷载作用下，出现的裂 路面会产生疲劳破坏现象以来，沥青路面的疲劳性 纹并不像金属裂纹那样清晰可测，初始形成的主裂 能研究一直受到各国研究者的关注．沥青路面疲劳 纹在扩展时会遇到集料颗粒的阻挡，从而发展成多 破坏研究经历了由经验回归法过渡到经验力学法的 支裂纹进行分散扩展，采用能量的观点描述裂纹的 认识过程． 扩展可以提高分析的精度．目前基于能量的观点，一 传统的疲劳强度理论承认由于荷载的循环作用 般采用耗散能的理论评价沥青混合料的疲劳性 在材料内部造成的损伤的累积，但没考虑材料 内部 能 j，常规定试件模量降低至初始模量的50％作为 先天存在的缺陷或材料的不均匀对路面结构造成的 疲劳破坏的标准 ，此时试件很难出现可观测到的裂 不利影响，这使得运用传统疲劳力学方法对沥青路 纹，并没有描述裂纹扩展过程的疲劳特性，而沥青结 面的疲劳寿命预测与实际情况存在偏差．断裂力学 构层的寿命主要为裂纹扩展阶段的寿命．另外，耗散 则是从材料构件存在微观裂纹的角度 出发研究裂纹 能理论至今为止也仅是使用在小梁弯曲疲劳试验上． 在荷载作用下扩展至破坏的过程．沥青混合料一般 近年来在欧洲和美国应用和发展了一种采用半 被认为是一种粘弹性材料，其力学行为介于弹性和 圆试件进行弯拉试验 的方法，国外称之为半圆弯 曲 塑性之问，采用弹塑性断裂力学更适合于评价沥青 (SCB)试验 ，SCB试验原用于评价岩石材料的力学 混合料的材料特性．Rice等 提出的 ．，积分理论可 性能，后 由Krans等 引入到沥青加铺层的设计，用 以避开分析裂纹尖端附近的弹塑性应力应变场，并 于评价加铺层的抗裂性能，稍后有 Mull等 采用 且物理意