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原文传递一种基于长方体试件的沥青路面抗疲劳开裂性能评价方法

专利名称：	一种基于长方体试件的沥青路面抗疲劳开裂性能评价方法
摘要：	本发明公开了一种基于长方体试件的沥青路面抗疲劳开裂性能评价方法，该方法包括：S1、在高速公路现场进行钻芯取样，记录芯样所在路段信息，并在芯样表面标注行车方向；S2、在实验室对现场芯样进行切割；S3、模拟试件在道路载荷作用下的实际情况；S4、采用MTS对试件进行单轴重复直接拉伸试验，设置相应的试验参数；S5、获取试验过程中表观应力振幅，计算虚拟耗散应变能；S6、采用修正帕里斯公式对试件的抗疲劳开裂性能进行评价，由推导得到的修正帕里斯公式参数与拟合模型参数的关系式求得修正帕里公式参数；S7、通过比较各个试件的修正帕里公式参数的数值，来比较其抗疲劳开裂性能。本发明能用于评价公路路面抗疲劳开裂性能，且评价方法简单有效。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	湖北;42
申请人：	武汉理工大学
发明人：	罗蓉;王锦腾;于晓贺;杨洋
专利状态：	有效
申请日期：	2019-08-12T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-15T00:00:00+0800
申请号：	CN201910740228.7
公开号：	CN110455651A
代理机构：	湖北武汉永嘉专利代理有限公司
代理人：	刘琰
分类号：	G01N3/32(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	430070湖北省武汉市洪山区珞狮路122号
主权项：	1.一种基于长方体试件的沥青路面抗疲劳开裂性能评价方法，其特征在于，该方法包括以下步骤： S1、制定钻芯计划，在高速公路现场进行钻芯取样，取得的芯样至少包含整个面层结构层，记录芯样所在路段信息，并在芯样表面标注行车方向； S2、在实验室对现场芯样进行切割，将其截面切割成相同大小的正方形，再沿各结构层分界线进行切割，分别得到道路上面层、中面层和下面层的长方体试件； S3、模拟试件在道路载荷作用下的实际情况，沿行车方向在试件四个侧面各安放一个轴向位移传感器，记录试件在试验过程中的轴向变形； S4、采用MTS对试件进行单轴重复直接拉伸试验，设置相应的试验参数； S5、通过试验结果，获取试验过程中表观应力振幅，并计算得到无损阶段和损伤阶段的动态模量和相位角，依据动态模量和相位角计算得到虚拟耗散应变能； S6、采用修正帕里斯公式对试件的抗疲劳开裂性能进行评价，建立虚拟耗散应变能和表观应力振幅的拟合模型，与试验得到表观应力振幅和耗散虚拟应变能进行线性拟合，通过EXCEL规划求解得到拟合模型参数，由推导得到的修正帕里斯公式参数与拟合模型参数的关系式求得修正帕里公式参数； S7、通过比较各个试件的修正帕里公式参数的数值，来比较其抗疲劳开裂性能。 2.根据权利要求1所述的基于长方体试件的沥青路面抗疲劳开裂性能评价方法，其特征在于，步骤S1的具体方法为：在待检测的高速公路道路路段进行取芯，取芯包括路肩和轮迹带两个位置，选择相邻的路肩带和行车道进行取芯，所取芯样至少包含整个面层结构层，其直径为150mm，每个路段取芯间隔为200m-400m；对不同路段路面的试件进行信息记录，并在芯样表面标注行车方向。 3.根据权利要求1所述的基于长方体试件的沥青路面抗疲劳开裂性能评价方法，其特征在于，步骤S2的具体方法为：在室内对路面芯样基本信息进行核实记录后对芯样进行切割，采用切割锯对长方体路面芯样进行切割，得到上面层、中面层和下面层的长方体试件，试件截面为长100mm×宽100mm的正方形，高为路面各结构层的实际厚度。 4.根据权利要求1所述的基于长方体试件的沥青路面抗疲劳开裂性能评价方法，其特征在于，步骤S4的具体方法为：试验所用仪器为多功能电液伺服材料试验系统，简称MTS；试验方式为控制应变的单轴重复直接拉伸试验，简称RDT试验；利用MTS对芯样施加荷载产生标准的半正弦应变曲线，试验温度为20℃，加载频率为25Hz，加载周期为600个周期；具体试验进程包括：首先，进行一次应变水平的RDT试验，确定沥青混合料处于无损阶段的线性黏弹性区间内的动态模量和相位角；接着，再进行一次应变水平的RDT试验，第二次应变水平大于第一次应变水平，保证沥青混合料处于损伤阶段；两组试验期间试件有900s的休息时间使其在下一次试验之前恢复变形；芯样侧面安放有三个标距为70mm、相隔90°的轴向位移传感器，简称LVDT；在试验过程中，三个轴向LVDT记录试件在侧面三个方向的轴向变形，并取三个方向轴向变形的平均值作为试件在试验条件下的轴向变形；试件顶面和底面粘贴长方体夹具，使得试件固定在MTS上，并使截面所受拉力均匀。 5.根据权利要求1所述的基于长方体试件的沥青路面抗疲劳开裂性能评价方法，其特征在于，步骤S5的具体方法为：通过测试数据通过计算得到无损阶段和损伤阶段的动态模量和相位角，计算公式如下所示：式中：\|E*(ω)\|为动态模量，单位是MPa；σ0为轴向应力的振幅，单位是Pa；ε0为轴向应变的振幅，单位是με；式中：为相位角，单位是度；ω为角频率，值为2πrad/s；Δt为一个周期内应变滞后应力的时间差，单位是s；依据动态模量和相位角得到耗散虚拟应变能DPSE：式中：σ0为沥青混合料在损伤阶段的应力振幅，单位是Pa；ε0为损伤阶段应变振幅，单位是με；为损伤阶段的相位角，单位是度；为无损阶段线性黏弹性区间的相位角，单位是度。 6.根据权利要求1所述的基于长方体试件的沥青路面抗疲劳开裂性能评价方法，其特征在于，步骤S6的具体方法为：建立虚拟耗散应变能和表观应力振幅拟合模型；修正帕里斯公式如下：式中：φ为损伤密度；为损伤密度扩展速率；为修正帕里斯公式的材料参数；JR＝虚拟J积分；虚拟耗散应变能和损失密度根据其变化趋势，采用幂函数模型进行拟合，拟合模型如公式所示： DPSE＝eNd φ＝aNb+c 式中：a、b、c、d、e为拟合参数，N为加载周期；c作为损伤密度拟合模型中的参数，代表第0个周期的损伤密度，即沥青混合料未产生疲劳开裂时的损伤密度，为沥青混合料的设计空隙率v；建立关于耗散虚拟应变能的能量平衡方程，表达形式如公式所示： DPSEA＝DPSET 损伤密度定义与实际应力振幅表达式如公式所示：通过推导得表观应力振幅公式：通过修正帕里斯公式表达式和虚拟耗散应变能和损伤密度的幂函数拟合模型，得到修正帕里斯公式参数与拟合模型参数之间的关系式：进一步推导求得表观应力振幅关于修正帕里斯公式参数的拟合模型：式中：是一个定量； 7.根据权利要求6所述的基于长方体试件的沥青路面抗疲劳开裂性能评价方法，其特征在于，步骤S6中求解修正帕里斯公式参数的具体方法为：采用EXCLE的规划求解功能对试验结果进行线性拟合，具体步骤如下：，针对计算得到的耗散虚拟应变能采用公式幂函数模型进行拟合，得到参数e、d；接着将参数d代入到表观应力振幅的拟合模型中，即规划求解得到修正帕里斯公式参数通过进一步可求得参数而作为JR的指数，其对于损伤密度变化率的影响大于更能反应沥青混合料抵抗疲劳开裂的能力，因此采用作为评价指标对沥青混合料抗疲劳开裂能力进行定性评价。
所属类别：	发明专利