沥青混合料粘弹性疲劳本构模型 - 中国科技论文在线.pdfVIP

中国科技论文在线 第22卷第4期 长 沙 交 通 学 院 学 报 V01．22 No．4 2006年 12月 JOURNAL OF CHANGSHA COMMUNICATIONS UNIVERSITY Dec． 2006 文章编号：1000—9779(2006)04—0033—05 沥青混合料粘弹性疲劳本构模型 吕松涛 ，马 健 r，郑健龙 ，田小革 (1．长沙理工大学公路工程学院，湖南长沙 410076；2．河南省交通厅科教处，河南郑州 450052) 摘 要：采用疲劳应力分解的方法，把总的疲劳效应分解为一个蠕变效应和一个简单疲劳效 应的叠加，利用粘弹性力学的积分型本构关系、动态性能以及模型理论，得到了沥青混合料的 粘弹性疲劳本构模型。最后，基于应力控制的疲劳试验，运用Origin软件的非线性曲线拟合 功能，对试验结果进行了拟合，理论模型与试验结果吻合较好，证实了该模型的可行性，并对 该模型进行了推广。 关键词：沥青混合料；粘弹性；疲劳；蠕变；本构模型 中图分类号：U416．217 文献标识码：A 路面使用期间，在气候环境因素和车轮荷载的熏复作用下，损伤逐渐累积，路面结构强度逐渐下降， 当荷载作用超过一定次数之后，在荷载作用下路面内产生的应力就会超过下降后的结构抗力，使路面出 现裂纹，产生疲劳断裂破坏。这是由于材料内部存在缺陷或非均匀性，引起应力集中而出现微裂隙，应 力的反复作用使微裂隙逐渐扩展、汇合，从而不断减少有效承受应力的面积，造成材料的刚度和强度逐 步下降，在重复作用一定次数后，最终导致破坏，这种破坏就是疲劳破坏。疲劳开裂是沥青路面结构的 主要破坏形式之一[1]，为了减少这种破坏，很有必要对材料及结构的疲劳性能进行研究。 关于疲劳方面的研究，目前主要侧熏于对疲劳寿命的研究，通过建立疲劳方程或疲劳损伤演化方程 来对沥青混合料的疲劳寿命进行预估 ]，而对于疲劳过程中应力应变关系的研究则比较少。。 。本研 究主要通过疲劳试验应用粘弹性力学相关理论来分析在疲劳过程中应力应变的变化规律，以期能够对 整个疲劳历史进行全过程的模拟描述。 本研究采用把疲劳应力分解的方法，即把疲劳应力分解为一个蠕变效应和一个简单疲劳效应的叠 加，利用粘弹性力学的积分型本构关系、动态性能以及模型理论，分别计算出对应的沥青混合料的蠕变 应变和简单疲劳应变，则总的疲劳应变即为蠕变应变与简单疲劳应变之和，这就是粘弹性材料的疲劳本 构模型。最后，基于应力控制的疲劳试验，运用Orgin软件的非线性曲线拟合(Non—linear Curve Fit)功能 对试验结果进行了回归，理论模型与试验结果吻合较好，说明了该模型的可行性，同时对该模型进行了 推广。 沥青混合料的疲劳实验 1．1 试验材料 本次试验时所采用的沥青混合料为Ac—l6 I中粒式沥青混凝土，结合料为70 壳牌沥青。沥青?昆 合料试件大小为50~50~240 mm 的染式试件，级配采用《公路沥青路面设计规范》Ⅲ0l4—97推荐的 AC—l6 I级配范围中值进行配比。 沥青用量通过马歇尔试验确定，分别用4．0％，4．5％，5．0％，5．5％和6．0％的沥青含量制备马歇尔 收稿日期：2006—03—21 基金项目：国家自然科学基金资助项目(编号50408007) 作者简介：吕松涛(1979一)，男，长沙理工大学博士生． 转载 中国科技论文在线 长 沙 交 通 学 院 学 报 第22卷 试件，按标准实验方法进行实验，通过实验结果的比较，最终选取的沥青用量为4．5％。 1．2 试验仪器及方法 选择直接拉伸的疲劳试验方法，采用从美国进口的MTS-810(Material Test