疲勞試驗(yàn)及幾種試驗(yàn)方法的比較

1、疲勞試驗(yàn)及幾種試驗(yàn)方法的比較疲勞試驗(yàn)及幾種試驗(yàn)方法的比較冉孟竺概述概述 瀝青混合料動(dòng)態(tài)特性瀝青混合料動(dòng)態(tài)特性 瀝青混合料疲勞力學(xué)模型瀝青混合料疲勞力學(xué)模型 影響瀝青路面疲勞壽命的因素影響瀝青路面疲勞壽命的因素 41235 瀝青混合料的疲勞試驗(yàn)方法瀝青混合料的疲勞試驗(yàn)方法 路面疲勞破壞特征 裂縫是疲勞的表現(xiàn)，取決于荷載水平（應(yīng)力比或應(yīng)變比）重復(fù)次數(shù)車輛駛過路面時(shí)的受力狀況車輛駛過路面時(shí)的受力狀況目前我國(guó)在通過試驗(yàn)取得材料參數(shù)和對(duì)瀝青混合料進(jìn)行性能的研究時(shí)，材料試件的受力狀態(tài)基本上是靜態(tài)的，沒有考慮材料在動(dòng)態(tài)荷載下的動(dòng)態(tài)性能。導(dǎo)致路面設(shè)計(jì)的兩大問題：試驗(yàn)所得性能與參數(shù)不能充分反映行駛中汽車荷載作用

2、下材料的真實(shí)性能使得設(shè)計(jì)中的理論彎沉計(jì)算值與實(shí)測(cè)結(jié)果不符，從而不得不在規(guī)范中引入一項(xiàng)綜合系數(shù)來進(jìn)行修正瀝青混合料瀝青混合料動(dòng)態(tài)性能參數(shù)動(dòng)態(tài)性能參數(shù) 勁度勁度復(fù)合復(fù)合模量模量抗抗壓壓強(qiáng)度強(qiáng)度表征瀝青混合料動(dòng)態(tài)性能參數(shù)主要有回彈回彈模量模量影響瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量因素影響瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量因素影響因素影響因素試驗(yàn)溫度加載力與方式加載頻率試件尺寸 隨溫度升高，瀝青混合料的勁度隨溫度升高，瀝青混合料的勁度呈降低趨勢(shì)呈降低趨勢(shì)采用的加載頻率在采用的加載頻率在120Hz 動(dòng)態(tài)模量隨荷載頻率的增加而增大動(dòng)態(tài)模量隨荷載頻率的增加而增大試件尺寸試件尺寸加載頻率加載頻率加載力大小與加載加載力大小與加載方式方式試驗(yàn)溫

3、度的影響試驗(yàn)溫度的影響 荷載越大，動(dòng)態(tài)模量越大荷載越大，動(dòng)態(tài)模量越大 美國(guó)美國(guó)ASTM 要求尺寸高徑比要求尺寸高徑比1:2 我國(guó)現(xiàn)行測(cè)試方法使用高徑比我國(guó)現(xiàn)行測(cè)試方法使用高徑比1:1現(xiàn)象學(xué)現(xiàn)象學(xué)法法能量法能量法綜合目前的研究成果，瀝青路面疲勞特性的研究方法基本可分為三類：力學(xué)力學(xué)近似法近似法疲勞破壞的定義疲勞破壞的定義 按照傳統(tǒng)的定義，材料疲勞破壞的最終結(jié)果是斷裂斷裂。 美國(guó)試驗(yàn)與材料協(xié)會(huì)（ASTM）公布的“疲勞試驗(yàn)及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析術(shù)語”將其表述為“材料某點(diǎn)或若干點(diǎn)承受擾動(dòng)應(yīng)力，且在足夠多的循環(huán)擾動(dòng)后形成裂紋形成裂紋或者發(fā)生斷裂，發(fā)生斷裂，使得材料發(fā)生局發(fā)生局部的或者永久的結(jié)構(gòu)變化部的或者永久的

4、結(jié)構(gòu)變化的這一發(fā)展過程，稱之為疲勞現(xiàn)象學(xué)法現(xiàn)象學(xué)法應(yīng)力控制應(yīng)力控制應(yīng)變控制應(yīng)變控制保持撓度或試件底保持撓度或試件底部應(yīng)變峰谷值不變部應(yīng)變峰谷值不變表征公式表征公式表征公式表征公式施加荷載（應(yīng)力）的峰谷值不變施加荷載（應(yīng)力）的峰谷值不變?cè)嚰耆嚰耆珨嗔褦嗔?現(xiàn)象學(xué)法中，把材料出現(xiàn)破壞的重復(fù)應(yīng)力值稱作疲勞強(qiáng)度，相應(yīng)的應(yīng)力重復(fù)作用次數(shù)稱為疲勞壽命。勁度下降到初始勁勁度下降到初始勁度的度的50%或更低或更低 Image information in product Image : Note to customers : This image has been licensed to be used

5、 within this PowerPoint template only. You may not extract the image for any other use. （1）荷載歷史）荷載歷史（2）加載速率）加載速率（3）施加應(yīng)力或應(yīng)變波譜的形式）施加應(yīng)力或應(yīng)變波譜的形式（4）荷載間歇時(shí)間）荷載間歇時(shí)間（5）試驗(yàn)方法和試件形狀）試驗(yàn)方法和試件形狀 荷載條件荷載條件 材料性質(zhì)材料性質(zhì)環(huán)境條件環(huán)境條件（1 1）混合料勁度）混合料勁度（2 2）混合料瀝青用量）混合料瀝青用量（3 3）瀝青的種類和硬度）瀝青的種類和硬度（4 4）瀝青混合料的空隙率）瀝青混合料的空隙率（5 5）集料表面性狀）集料

6、表面性狀（1 1）溫度）溫度（2 2）濕度）濕度現(xiàn)象學(xué)法進(jìn)行疲勞試驗(yàn)的方法歸納起來可以分為四類：1、實(shí)際路面在真實(shí)汽車荷載下的疲勞破壞試驗(yàn)2、路面結(jié)構(gòu)在模擬汽車荷載作用下的疲勞試驗(yàn)研究3、試板試驗(yàn)4、試驗(yàn)室小型試件的疲勞試驗(yàn)研究疲勞試驗(yàn)方式匯總疲勞試驗(yàn)方式匯總試驗(yàn)試驗(yàn)方法方法加載形式加載形式應(yīng)力分布應(yīng)力分布加載波形加載波形加載頻率間加載頻率間歇時(shí)間（次歇時(shí)間（次/s）應(yīng)力應(yīng)力狀態(tài)狀態(tài)四點(diǎn)彎曲四點(diǎn)彎曲帶間隙的半正弦波11.67單軸向中點(diǎn)彎曲同上帶間隙的正弦、三角或方波最大1/100單軸向梯形懸臂梯形懸臂梁梁帶間隙的正弦三角波形25或1/100單軸向旋轉(zhuǎn)懸臂1016.67單軸向單軸8.3325.0

7、單軸向間接拉伸間接拉伸1.0雙軸向支承梁彎曲半正弦0.75單軸向四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)方法四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)方法加載方式四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)方法四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)方法采用振動(dòng)輪碾成型設(shè)備進(jìn)行采用振動(dòng)輪碾成型設(shè)備進(jìn)行碾壓成型碾壓成型置于高精度金剛石雙面劇內(nèi)，置于高精度金剛石雙面劇內(nèi)，采用雙面同步切割技術(shù)采用雙面同步切割技術(shù)300mm50mm50mm瀝青混合料小梁試件均在試驗(yàn)溫度下環(huán)境溫控箱內(nèi)養(yǎng)護(hù)4小時(shí)以上,控溫精度為0.1，控溫范圍為-20+60成型方法成型方法試件尺寸試件尺寸環(huán)境條件環(huán)境條件四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)方法四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)方法梯形懸臂梁疲勞試驗(yàn)方法梯形懸臂梁疲勞試驗(yàn)方法加載方式梯形懸臂梁疲勞試驗(yàn)方法梯形

8、懸臂梁疲勞試驗(yàn)方法試件尺寸粗端55mm20mm細(xì)端20mm20mm長(zhǎng)度為250mm環(huán)境條件：1、瀝青混合料小梁試件均在環(huán)境溫控箱內(nèi)在試驗(yàn)溫度下養(yǎng)護(hù)4小時(shí)以上2、控溫精度為0.1，控溫范圍為-20+60間接拉伸疲勞試驗(yàn)方法間接拉伸疲勞試驗(yàn)方法加載方式間接拉伸疲勞試驗(yàn)方法間接拉伸疲勞試驗(yàn)方法試件尺寸直徑100mm高63.5mm環(huán)境條件：1、瀝青混合料小梁試件均在環(huán)境溫控箱內(nèi)在試驗(yàn)溫度下養(yǎng)護(hù)4小時(shí)以上2、保溫室控溫范圍為2-20，精度至少為1。三種試驗(yàn)方法的評(píng)價(jià)三種試驗(yàn)方法的評(píng)價(jià)影響因素影響因素敏感性敏感性試驗(yàn)試驗(yàn)可靠性可靠性合理性合理性美國(guó)美國(guó)SHRP研究計(jì)劃對(duì)這三種試驗(yàn)方研究計(jì)劃對(duì)這三種試驗(yàn)方法

9、進(jìn)行詳細(xì)的評(píng)價(jià)，法進(jìn)行詳細(xì)的評(píng)價(jià)，從三從三個(gè)角度個(gè)角度方法方法評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)不同試驗(yàn)方法影響因素敏感性分析結(jié)果不同試驗(yàn)方法影響因素敏感性分析結(jié)果評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)價(jià)指標(biāo)影響因影響因素素四點(diǎn)彎四點(diǎn)彎曲曲梯形懸梯形懸臂梁臂梁間接拉間接拉伸伸勁度模量變化百分表瀝青種類512943瀝青含量000集料類型11527空 隙 率332418溫 度844467應(yīng)力水平840疲勞壽命變化百分表瀝青種類565853瀝青含量5000集料類型674945空 隙 率858067溫 度999899應(yīng)力水平88807623不同試驗(yàn)方法影響敏感性分析結(jié)果不同試驗(yàn)方法影響敏感性分析結(jié)果四點(diǎn)彎曲四點(diǎn)彎曲間接拉伸間接拉伸梯形懸臂梁彎曲四點(diǎn)彎曲四

10、點(diǎn)彎曲梯形懸臂梁彎曲間接拉伸間接拉伸不同試驗(yàn)方法可靠性分析結(jié)果不同試驗(yàn)方法可靠性分析結(jié)果評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)價(jià)指標(biāo)四點(diǎn)四點(diǎn)彎曲彎曲梯形梯形懸臂梁懸臂梁間接間接拉伸拉伸勁度模量變化系數(shù)（%）12.311.419.7采樣方差（In psi)0.010.0140.015疲勞壽命變化系數(shù)（%）98.7171.865.5采樣方差（In Nf)0.2821.6960.213 試驗(yàn)可靠性分析主要用于評(píng)價(jià)試驗(yàn)方法在重復(fù)條件下的可靠程度，即反映各試驗(yàn)方法的離散程度。不同試驗(yàn)方法影響可靠性分析結(jié)果不同試驗(yàn)方法影響可靠性分析結(jié)果對(duì)于疲勞壽命對(duì)于疲勞壽命對(duì)于勁度模量對(duì)于勁度模量間接拉伸間接拉伸四點(diǎn)彎曲四點(diǎn)彎曲四點(diǎn)彎曲四點(diǎn)彎曲梯

11、形懸臂梁彎曲梯形懸臂梁彎曲梯形懸臂梁彎曲梯形懸臂梁彎曲間接拉伸間接拉伸可靠性可靠性分析分析不同試驗(yàn)方法影響合理性分析結(jié)果不同試驗(yàn)方法影響合理性分析結(jié)果評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)價(jià)指標(biāo)四點(diǎn)彎曲四點(diǎn)彎曲梯形懸臂梁梯形懸臂梁間接拉伸間接拉伸平均勁度模量02,454,7001,978,1003,712,40020425,1001,063,1001,211,300平均疲勞壽命05,834,000488,800214,9002034,500245,600108,100 合理性分析主要是評(píng)價(jià)各試驗(yàn)方法所獲得的試驗(yàn)結(jié)果是否合理，合理性分析主要是評(píng)價(jià)各試驗(yàn)方法所獲得的試驗(yàn)結(jié)果是否合理，即試驗(yàn)結(jié)果是否與先前經(jīng)驗(yàn)所期望的一致。即試

12、驗(yàn)結(jié)果是否與先前經(jīng)驗(yàn)所期望的一致。通過間接拉伸方式獲得的平均勁度模量要比四點(diǎn)彎曲高出60%70%四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)結(jié)果獲得的平均疲勞壽命是間接拉伸疲勞的27倍梯形懸臂梁疲勞梯形懸臂梁疲勞試驗(yàn)所得的勁度試驗(yàn)所得的勁度模量和疲勞壽命模量和疲勞壽命對(duì)溫度不太敏感對(duì)溫度不太敏感幾種疲勞試驗(yàn)的比較幾種疲勞試驗(yàn)的比較試驗(yàn)試驗(yàn)方法方法優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)缺點(diǎn)模擬現(xiàn)模擬現(xiàn)場(chǎng)狀況場(chǎng)狀況簡(jiǎn)便簡(jiǎn)便性性綜合綜合排序排序四點(diǎn)四點(diǎn)彎曲彎曲試驗(yàn)結(jié)果可直接用于設(shè)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果可直接用于設(shè)計(jì)基本技術(shù)可用于其他方面基本技術(shù)可用于其他方面可選擇加載方法可選擇加載方法敏感程度相對(duì)較好敏感程度相對(duì)較好耗時(shí)耗時(shí)成本高成本高需專用設(shè)備需專用設(shè)備接近接近較簡(jiǎn)較簡(jiǎn)便便1 1梯形梯形懸臂懸臂梁梁試驗(yàn)結(jié)果可直接用于設(shè)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果可直接用于設(shè)計(jì)基本技術(shù)可用于其他方面基本技術(shù)可用于其他方面可選擇加載方法可選擇加載方法耗時(shí)耗時(shí)成本高成本高需專用設(shè)備需專用設(shè)備試件成型有一定難度試件成型有一定難度接近接近不簡(jiǎn)不簡(jiǎn)便便2 2間接間接拉伸拉伸試驗(yàn)方法簡(jiǎn)單試驗(yàn)方法簡(jiǎn)單基本滿足瀝青路面疲勞設(shè)計(jì)基本滿足瀝青路面疲勞設(shè)計(jì)分析的要求，結(jié)果與實(shí)際路面分析的要求，結(jié)果與實(shí)際路面性能有一定的相關(guān)性性能有一定的相關(guān)性設(shè)備多用設(shè)備多用所受拉應(yīng)力作用較為均勻所受拉應(yīng)力作用較為均勻能夠