沥青混合料疲劳-蠕变交互作用损伤模型研究

摘要

疲劳开裂是沥青混凝土路面破坏的主要形式，因此各国沥青路面设计方法中都将疲劳开裂作为主要控制性指标。由于沥青混合料具有明显的粘弹性，目前广泛采用的现象学方法，无法反映温度对沥青混合料粘弹性疲劳损伤演化的影响，得到的结论不能揭示沥青混合料疲劳失效的机理，存在一定的局限性。
　　 本文依托国家自然科学基金项目《沥青混合料统一疲劳损伤模型及其应用研究》，对沥青混合料疲劳性能进行了相关的研究。首先，沥青路面在交通荷载作用下的疲劳失效是由蠕变损伤和疲劳损伤两种损伤效应交互作用所导致的。基于应变等效假设，采用复数模量定义了两种损伤效应交互作用时的损伤变量。以粘弹性疲劳损伤理论为基础，运用疲劳-蠕变耦合损伤分析，得到体现两种损伤效应交互作用的损伤演化模型和疲劳寿命预估模型。热力学和物理力学分析表明，该模型满足热力学准则和物理条件，证明文中提出理论的合理性。其次，对AC-13、AC-20沥青混合料进行了动态蠕变试验。利用动态蠕变试验数据确定了沥青混合料应变与重复荷载作用次数的力学模型参数，进一步得到疲劳寿命预估模型的粘弹性参数。第三，通过研究损伤变量变化规律，定义损伤变化率得到新的疲劳失效标准，之后对AC-13、AC-20沥青混合料进行了疲劳试验。利用疲劳试验数据求出了损伤演化模型的参数z。最后利用上述参数，建立了沥青混合料疲劳寿命预估模型，拟合相关性达到0.9以上，证明了不同疲劳试验方法下沥青混合料疲劳失效都是由蠕变-疲劳损伤交互作用导致的。