一种考虑加载次序的沥青混合料疲劳寿命预测方法技术

本发明专利技术公开一种考虑加载次序的沥青混合料疲劳寿命预测方法，包括对沥青混合料进行恒幅和变幅加载疲劳试验，通过确定变幅加载下二级加载寿命分数与一级加载寿命分数的关系，建立考虑加载次序的疲劳寿命预测模型。本发明专利技术的预测方法可反映车辆行驶次序对路面结构疲劳损伤的影响，提升变幅加载下路面服役寿命的预测精度，为沥青路面的科学管理提供依据，有良好的经济性和可操作性。好的经济性和可操作性。好的经济性和可操作性。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑加载次序的沥青混合料疲劳寿命预测方法


[0001]本专利技术涉及道路工程领域，具体涉及到一种考虑加载次序的沥青混合料疲劳寿命预测方法。

技术介绍

[0002]沥青路面易在车辆荷载的循环作用下萌生疲劳损伤，当疲劳损伤累积至失效阈值时发生疲劳破坏，疲劳破坏是沥青路面主要的病害之一。借助疲劳试验研究沥青混合料的疲劳损伤特性，提出沥青混合料的疲劳寿命预测模型，可以实现对沥青路面结构服役寿命的预测，从而为延长服役寿命、降低建设成本、提高经济效益提供理论依据。
[0003]针对循环荷载作用下沥青混合料的疲劳寿命预测问题，目前已有大量的研究，如：专利CN202110335280.1公开了一种基于累积耗散能相对变化率平稳值的沥青混合料疲劳寿命预测方法，该方法包括：确定累积耗散能相对变化率及其平稳值；确定累积耗散能相对变化率平稳值与疲劳寿命的关系；建立疲劳模型预测疲劳寿命。专利CN103630450公开了一种考虑疲劳
‑
蠕变交互损伤作用的沥青混合料寿命预测方法，包括：确定周期荷载作用下的沥青混合料复数模量；确定沥青混合料的损伤变量；分别建立沥青混合料蠕变损伤方程和疲劳损伤方程；建立蠕变损伤与疲劳损伤共同作用下的沥青混合料寿命预测模型。然而现有对于沥青混合料的疲劳寿命预测的研究在应用于解决沥青路面疲劳开裂病害时，存在以下缺陷：
[0004](1)将荷载幅值变化的车辆荷载视为幅值恒定的荷载幅值，忽略了车辆行驶次序对荷载幅值变化的影响，这与沥青路面结构中沥青混合料承受变幅荷载的实际受力状态不符；r/>[0005](2)仅可表征沥青混合料在恒幅加载下的疲劳损伤累积过程，无法准确表征变幅加载下的疲劳损伤累积过程，导致预测疲劳寿命与实际路面实际的服役疲劳寿命存在理论差异。

技术实现思路

[0006]专利技术目的：本专利技术目的在于针对现有技术的不足，提供一种考虑加载次序的沥青混合料疲劳寿命预测方法，解决现有技术中存在的可操作性、准确性以及经济性无法得到良好保证的问题。
[0007]技术方案：本专利技术所述考虑加载次序的沥青混合料疲劳寿命预测方法，包括如下步骤：
[0008]S1、建立变幅加载下的沥青混合料二级加载寿命分数预测模型：
[0009]对沥青混合料进行恒幅和变幅加载疲劳试验，确定恒幅加载下的沥青混合料疲劳损伤模型，以及变幅加载下的沥青混合料疲劳损伤等效，并基于损伤等效准则建立考虑加载次序的沥青混合料二级加载寿命分数预测模型；
[0010]S2、建立考虑加载次序的沥青混合料疲劳寿命预测模型：
[0011]拟合二级加载寿命分数预测模型确定加载次序参数，并确定恒幅加载下的沥青混合料疲劳寿命预测模型，最后根据获得的加载次序参数和恒幅加载下的沥青混合料疲劳寿命预测模型，建立考虑加载次序的沥青混合料疲劳寿命预测模型，进行沥青混合料疲劳寿命预测。
[0012]本专利技术进一步优选地技术方案为，步骤S1中确定恒幅加载下的沥青混合料疲劳损伤模型的具体方法为：
[0013]分别选择高荷载幅值σ
high
和低荷载幅值σ
low
作为恒定荷载幅值σ，进行恒幅加载疲劳试验；选择Chaboche损伤模型，表征恒幅加载下沥青混合料疲劳损伤的演化规律，如式(1)所示：
[0014]D＝1
‑
[1
‑
(N/N
f
)
1/(1
‑
α)
]1/(1+β)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)；
[0015]式中，D为沥青混合料损伤变量；N为荷载循环次数；N
f
为疲劳寿命；α为依赖于温度和荷载幅值的模型参数；β是依赖于温度的模型参数。
[0016]作为优选地，步骤S1中变幅加载下的沥青混合料疲劳损伤等效的具体方法为：
[0017]选择低
‑
高和高
‑
低两种加载次序，进行变幅加载疲劳试验；
[0018]试验过程包括采用一级应力幅值σ1进行N1次的一级加载；然后采用二级应力幅值σ2进行N2次的二级加载至疲劳破坏；
[0019]基于损伤等效准则，将σ1作用N1次产生的疲劳损伤，等效为σ2作用N2’
次产生的损伤，如式(2)所示：
[0020]D(σ1,N1/N
f1
)＝D(σ2,N'2/N
f2
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)；
[0021]式中，N
f1
为荷载幅值σ1对应的恒幅加载疲劳试验疲劳寿命；N
f2
为荷载幅值σ2对应的恒幅加载疲劳试验的疲劳寿命，且满足N
f2
＝N2+N2’
。
[0022]优选地，步骤S1中建立考虑加载次序的沥青混合料二级加载寿命分数预测模型的具体方法为：
[0023]根据损伤等效，将式(1)代入式(2)，并令加载次序参数γ＝(1
‑
α2)/(1
‑
α1)，即得到二级加载寿命分数预测模型，如式(3)所示：
[0024][0025]式中，α1为荷载幅值为σ1的恒幅加载疲劳试验的α；α2为荷载幅值为σ2的恒幅加载疲劳试验的α；N1/N
f1
和N2/N
f2
分别为一级加载寿命分数和二级加载寿命分数。
[0026]优选地，步骤S2中确定加载次序参数γ的具体方法为：
[0027]采用式(3)拟合N1/N
f1
‑
N2/N
f2
曲线，确定不加载次序下的γ：
[0028][0029][0030]式中，γ
low
‑
high
和γ
high
‑
low
分别为低
‑
高和高
‑
低两种加载次序的加载次序参数。
[0031]优选地，步骤S2中确定恒幅加载下的沥青混合料疲劳寿命预测模型的具体方法为：
[0032]采用如式(6)所示的常用疲劳方程拟合试验数据，得到恒幅加载下的疲劳寿命预
测模型，如式(7)所示：
[0033]lgN
f
＝a+blgσ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)；
[0034]N
f
＝10exp(a+blgσ)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)；
[0035]式中，N
f
为疲劳寿命；a和b为模型参数；σ为应力幅值。
[0036]优选地，步骤S2中建立考虑加载次序的沥青混合料疲劳寿命预测模型的具体方法为：
[0037]建立沥青混合料在低
‑
高和高
‑
低加载次序下的疲劳寿命预测模型，分别为式(8)和式(9)：
[0038][0039][0040]式中，N1为一级加载的循环次数；σ
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑加载次序的沥青混合料疲劳寿命预测方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、建立变幅加载下的沥青混合料二级加载寿命分数预测模型：对沥青混合料进行恒幅和变幅加载疲劳试验，确定恒幅加载下的沥青混合料疲劳损伤模型，以及变幅加载下的沥青混合料疲劳损伤等效，并基于损伤等效准则建立考虑加载次序的沥青混合料二级加载寿命分数预测模型；S2、建立考虑加载次序的沥青混合料疲劳寿命预测模型：拟合二级加载寿命分数预测模型确定加载次序参数，并确定恒幅加载下的沥青混合料疲劳寿命预测模型，最后根据获得的加载次序参数和恒幅加载下的沥青混合料疲劳寿命预测模型，建立考虑加载次序的沥青混合料疲劳寿命预测模型，进行沥青混合料疲劳寿命预测。2.根据权利要求1所述的考虑加载次序的沥青混合料疲劳寿命预测方法，其特征在于，步骤S1中确定恒幅加载下的沥青混合料疲劳损伤模型的具体方法为：分别选择高荷载幅值σ
high
和低荷载幅值σ
low
作为恒定荷载幅值σ，进行恒幅加载疲劳试验；选择Chaboche损伤模型，表征恒幅加载下沥青混合料疲劳损伤的演化规律，如式(1)所示：D＝1
‑
[1
‑
(N/N
f
)
1/(1
‑
α)
]
1/(1+β)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)；式中，D为沥青混合料损伤变量；N为荷载循环次数；N
f
为疲劳寿命；α为依赖于温度和荷载幅值的模型参数；β是依赖于温度的模型参数。3.根据权利要求2所述的考虑加载次序的沥青混合料疲劳寿命预测方法，其特征在于，步骤S1中变幅加载下的沥青混合料疲劳损伤等效的具体方法为：选择低
‑
高和高
‑
低两种加载次序，进行变幅加载疲劳试验；试验过程包括采用一级应力幅值σ1进行N1次的一级加载；然后采用二级应力幅值σ2进行N2次的二级加载至疲劳破坏；基于损伤等效准则，将σ1作用N1次产生的疲劳损伤，等效为σ2作用N2’
次产生的损伤，如式(2)所示：D(σ1,N1/N
f1
)＝D(σ2,N
’2/N
f2
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)；式中，N
f1
为荷载幅值σ1对应的恒幅加载疲劳试验疲劳寿命；N
f2
为荷载幅值σ2对应的恒幅加载疲劳试验的疲劳寿命，且满足N
f...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈星宇，房辰泽，祁红，许继法，陈伟，何梓健，王昊鹏，蒋继望，陈辉，陈胜，
申请(专利权)人：淮安市博彦土木工程科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：