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原文传递老化沥青混合料粘弹性疲劳损伤特性研究

论文题名：	老化沥青混合料粘弹性疲劳损伤特性研究
关键词：	沥青路面;沥青混合料;老化效应;疲劳寿命;粘弹性疲劳损伤
摘要：	沥青路面具有优越的使用性能,在道路工程中得到了广泛应用。疲劳开裂是沥青路面结构的主要破坏形式之一,研究沥青混合料在特定交通与环境条件下的疲劳性能非常重要,这项工作一直受到各国道路工作者的重视。有些路面在开放初期就出现了疲劳破坏,这与沥青及沥青混合料的老化密切相关。到目前为止,世界各国的沥青路面设计中均未能准确考虑沥青混合料老化问题,从而在沥青路面疲劳寿命的研究中也就不能准确考虑沥青混合料老化的影响。　　 SHRP提出的沥青混合料短期老化和长期老化试验方法是室内模拟沥青混合料在施工和使用期老化的有效方法。由于疲劳破坏一般发生在路面的使用期,此时路面已经经历了短期老化和一定的长期老化,即疲劳试验应在不同的长期老化状态下进行。SHRP提出的长期老化(LTOA)试验方法是延时烘箱加热法,但其试验条件是固定的,即烘箱温度为85℃、老化时间为5d,模拟的是实际路面6～9年的老化程度,这个试验条件对疲劳试验是不合适的,因为疲劳破坏不一定都在路面使用6～9年内发生,有可能在路面使用初期,也有可能在路面使用后期。本文在不同老化程度的确定时选取未老化0d、以及老化时间分别为1、3、5、7d的5个不同老化程度,以期能够较真实地模拟疲劳破坏时的路面实际不同老化状态。　　常规的强度(静载强度)试验其试验条件一般是固定的,即在固定的加载速率和波形下进行,而试件在实际疲劳试验时由于加载的应力幅值(或应力水平)不同,导致加载速率的不同,则与此对应的疲劳动载强度也不相同,尤其对沥青混合料这种粘弹性材料其差别会更大,这就必然导致疲劳损伤演化规律的不同,因此即使静载强度的离散性小也会给疲劳试验结果带来大的离散性。　　沥青混合料试件疲劳破坏时材料所受到的全部损伤中包含两部分,一部分是疲劳损伤,另一部分是静载损伤,这导致了沥青混合料的临界疲劳损伤度均小于1。根据损伤力学理论和S-N疲劳方程建立了沥青混合料的疲劳损伤方程,求出了损伤函数、损伤演化方程,利用该疲劳损伤方程反推得到了与疲劳加载波形、速率一致的一次荷载作用下疲劳动载强度计算模型和实际的初始应力水平计算模型；利用试验结果验证了模型的合理性。　　通过损伤力学与粘弹性力学相关理论,定义耗散能为损伤变量,建立了基于Burgers模型的老化沥青混合料粘弹性疲劳损伤模型,通过直接拉伸试验确定了沥青混合料的粘弹性参数,求出了损伤函数、损伤演化方程,提出了一种考虑疲劳过程中老化程度对疲劳损伤影响的累积疲劳损伤计算的理论与方法,为沥青混合料在不同老化过程下的疲劳寿命预估提供依据。根据疲劳损伤模型推导出的沥青混合料疲劳寿命计算公式对疲劳寿命进行了预估,预估精度满足要求,从而验证了粘弹性疲劳损伤模型的合理性；　　根据第三章的结论,基于实际应力水平建立了老化沥青混合料S—N疲劳方程,该疲劳方程能够进行后延,即能表征极端加载情况下的加载破坏情况,这为沥青路面抗拉强度结构系数的正确计算提供了方法,弥补了设计规范在该方面的不足,这同时也是第三章疲劳损伤模型的一个具体应用；　　同时根据所作的疲劳试验得到了老化沥青混合料劲度模量、耗散角、能量耗散率、累积耗散能随加载循环次变化规数的的律,并通过二元回归得到了这些疲劳指标及疲劳寿命随老化程度和应力水平的变化规律,分析了老化程度和应力水平的变化对以上指标产生影响的原因。　　最后,在上述工作的基础上,分析了本文研究的不足之处,为下一步工作的开展,提出了一些看法。
作者：	吕松涛
专业：	道路与铁道工程
导师：	郑健龙
授予学位：	博士
授予学位单位：	长沙理工大学
学位年度：	2008
正文语种：	中文