[发明专利]一种简单应力状态下沥青混合料疲劳寿命预估方法

说明书

本发明公开了一种简单应力状态下沥青混合料疲劳寿命预估方法。通过不同加载速度下的强度和疲劳试验，基于Desai强度屈服准则，建立了直接拉伸、单轴压缩和间接拉伸三种应力状态下沥青混合料疲劳特性的归一化模型，这意味着只需要获得任意一种应力状态下的疲劳方程，即可预测其他两种应力状态任意应力水平下的疲劳寿命。利用本发明的疲劳寿命预估方法，通过简单的强度试验即可获得相应应力水平下的疲劳寿命，节省了大量的室内试验原材料和测试时间，实现了室内试验简单应力状态下沥青混合料疲劳寿命的快速统一预估。

技术领域

本发明涉及道路工程技术领域，更具体的说是涉及一种简单应力状态下沥青混合料疲劳寿命预估方法。

背景技术

疲劳设计是沥青路面结构设计中的核心内容，疲劳寿命更是直接影响了沥青路面的耐久性，决定了沥青路面的服务周期。目前，国内外所开展的沥青混合料疲劳试验方法有实际路面的疲劳试验、足尺试验和试板试验以及室内小型试件的疲劳试验，由于室内疲劳试验具有方便、成本低及周期短的特点，已被国内外研究人员广泛采用来研究沥青混合料的疲劳寿命。国内外主流的沥青混合料疲劳试验包括单轴压缩、直接拉伸、间接拉伸、三点弯曲、四点弯曲、悬臂梁弯曲和半圆弯曲7种应力状态，但对于同一种沥青混合料，7种不同测试方法得到的疲劳寿命结果是不一致的，甚至是数量级的差异。不仅如此，同一种应力状态，不同的试件尺寸得到的疲劳寿命结果也不尽相同，再加上现有疲劳方程的局限性，疲劳寿命很难预估精准，因此，沥青混合料的抗疲劳性能如何也就无从下结论，这种现象无疑阻碍了沥青路面耐久性的发展。

为了加载测试的方便，简单应力状态(单轴压缩，直接拉伸，间接拉伸)沥青混合料疲劳试验更受国内外研究学者关注，关于简单应力状态下疲劳寿命预估模型，国内外研究学者开展了一系列研究。有学者研究了11种不同的试验方法来评估沥青混合料的疲劳寿命，包括直接拉伸和单轴压缩，弯曲和间接拉伸试验，结果表明，很难从不同试验设备中比较疲劳寿命；有学者通过直接拉伸强度试验，得到了强度与加载速率的变化关系，进而建立了基于真实应力比的疲劳方程，弥补了现行使用传统S-N疲劳方程进行疲劳设计时的不足；有学者对含预制缺口的直接拉伸试件进行疲劳试验，并采用疲劳力学与断裂力学结合的方法对试验结果进行回归分析，表明了两种方法分别得到的沥青混合料直接拉伸疲劳试验结果基本一致；有学者基于粘弹性理论，通过间接拉伸蠕变试验和疲劳试验结果修正了预测模型，得到的预测模型可以预估间接拉伸疲劳寿命；还有学者提出以横向应变建立疲劳方程，并采用应变-温度-寿命疲劳三维曲面模型对疲劳性能进行预估。

因此，虽然是简单应力状态，仍有不同的疲劳寿命预估方法，其试验结果也是不同的，很难进行比较。特别是疲劳试验的结果对其试件的几何形状、尺寸和疲劳加载方式具有较高的敏感性，所以简单应力状态下的疲劳寿命预估模型很难统一。

针对不同简单应力状态下沥青混合料疲劳性能难于统一的问题，专利申请号为CN201810415005.9的发明专利提供了一种不同应力状态下沥青混合料疲劳性能归一化方法，该方法对不同应力状态下沥青混合料疲劳结果进行分析，达到了对不同应力状态下沥青混合料疲劳特性进行归一化的目的，实现了不同疲劳试验方法试验结果的统一。但该发明仅提供了不同简单应力状态下的沥青混合料疲劳性能归一化方程，从而得到了对沥青混合料疲劳性能的综合评价方法，并没有针对沥青混合料疲劳寿命的预估进行进一步的研究。

特别的，现有技术中，针对沥青混合料疲劳寿命预估的模型多局限于一种应力状态，也即单向应力状态的模型只能预估单向应力状态的疲劳寿命，而用一种应力状态疲劳模型去预估其他相似应力状态下沥青混合料的疲劳寿命的方法还鲜有报道。

因此，如何提供一种由单向应力状态模型预估其他相似应力状态下沥青混合料的疲劳寿命的预估方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容