两种试验模式下的沥青混合料疲劳性能研究

摘要

近年来,我国公路事业发展迅速,公路通车总里程逐年上升,尤其是高速公路正以前所未有的速度发展,进入了以建设高速公路、一级公路等高等级公路为主的新时代。然而随着人们生活水平的提高,道路交通量日益增大,道路重载、超载的情况日益严重。在这种长期应力应变交替作用的情况下,路面强度下降十分迅速,当荷载的重复作用超过了一定的次数后,路面内所产生的应力就会超过其结构强度降低以后的结构抗力,从而使路面结构发生疲劳破坏。目前,国内外学者已经对沥青混合料疲劳性能进行了大量的试验研究,其中使用得最多的就是小梁三点弯拉疲劳试验,较少人使用近年兴起的半圆弯拉试验方法对疲劳试验进行研究,并对两种模型的疲劳试验结果进行比较分析。为此,本人做了以下工作:
　　 首先,通过对疲劳现象的解释,分析现有的三种疲劳力学响应模型,比较三种模型的差异,并最终选择现象学法进行研究。对目前所采用的疲劳性能试验方法进行讨论,比较几种典型室内试验方法的优缺点,最终选择三点重复加载的方式对小梁及半圆试件进行疲劳试验。
　　 其次,利用ABAQUS有限元软件建立小梁及半圆两种试件模型,并对两者施加同条件下的半正弦波荷载。通过比较两模型底部中点的应力及变形大小,分析两种模型在0.1秒内的力学响应变化。通过模拟分析发现,两者在0～0.1秒的应力变形随时间的变化趋势大体相同,并预测了小梁试件疲劳寿命要大于半圆试件疲劳寿命。
　　 最后,选用SUP-13、SMA-13、AC-13三种级配进行配合比设计,并与5℃、15℃、25℃三种温度,5Hz、10Hz、15Hz三种频率,0.4、0.5、0.6三种应力比以及三种空隙率进行正交试验设计。采用所选取的正交设计表进行疲劳试验,对试验结果进行直观分析以及方差分析,并就各因素在不同模型下对疲劳寿命的影响进行比较。试验证明,各因素对疲劳寿命的影响大小的主次顺序为:应力比＞混合料级配＞试验温度＞空隙率＞试验频率;小梁试件疲劳寿命要长于半圆试件,与有限元分析预测结果一致;各因素在不同试验方法下对疲劳寿命影响的显著性并不相同。