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多轴型加载波交互作用下沥青混合料疲劳损伤演化规律研究

批准号:
52108412
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
程怀磊
依托单位:
学科分类:
道路与轨道工程
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
程怀磊

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
疲劳性能是沥青混合料关键性能之一,该性能受疲劳加载波形的影响。现有混合料疲劳试验多采用正弦加载波形,波形中无间歇或包含固定间歇时间。路面沥青层受多种轴型荷载交互加载,所受加载波形复杂、间歇时间分布不均。现有加载波形无法体现上述特点,难以检测混合料真实疲劳特性。本研究拟采用不同轴型交互作用下路面真实应变波形对沥青混合料进行疲劳试验,探究多种轴型与间歇时间组合下混合料的疲劳损伤演化规律。首先,量化单轴、双轴、三轴等轴型作用下沥青层的加载波形,探究不同轴型加载波对混合料的疲劳损伤作用;其次,参照“单轴-双轴-三轴”等轴型组合,采用不同轴型加载波对混合料组合加载,解析多轴型交替作用下混合料的疲劳损伤叠加机制;最后,在轴型组合中设置轴间间歇及车辆间间歇时间,分析上述间歇时间分布对混合料的损伤愈合效应,明确多轴型与间歇时间交互下混合料的疲劳损伤演化规律,为复杂轴载作用下混合料的疲劳分析提供理论基础。
英文摘要
Fatigue performance is one of the key performances for asphalt mixtures. The fatigue performance of the asphalt mixture is affected by the loading waveform. In the existing fatigue test for asphalt mixture, the sinusoidal wave is generally applied to simulate the loading waveform in asphalt pavement induced by the axle. Between the loading waves, no rest period or a fixed rest period is commonly set. However, the field asphalt mixture layer is subjected to different types of axles, making the strain waveforms in the asphalt layer much more complicated than the sinusoidal wave. In addition, the rest period between the field loading waves is unevenly distributed. The currently used loading waveform is unable to reflect the above characteristics of field loading waveforms, and thus it is insufficient to measure the real fatigue properties of the mixture. This study aims to apply the strain waveform of asphalt pavement layer induced by different axles in the fatigue test, to explore the fatigue damage of asphalt mixture under complex interactions of different axles and rest periods. Firstly, the actual strain waveform of asphalt pavement layer induced by single axle, tandem axles and tridem axles will be determined. The fatigue damage laws of asphalt mixtures under the loading waveforms corresponding to those axles will be analyzed. Secondly, the loading waveforms corresponding to the typical axle configurations such as “single axle-tandem axles-tridem axles” will be used to test the fatigue behaviors of asphalt mixture. The fatigue damage accumulation mechanism of the mixture under the interactive loadings by different axles will be established. Finally, the rest periods will be set between different axles in the typical axle configurations. The fatigue responses of the mixture under the strain waveforms containing rest periods will be utilized to investigate the healing effects of these rest periods on the mixture’s fatigue damage. Based on the above research findings, the fatigue damage evolution law for the mixture under the different axle and rest period combinations will be established, to provide references for the fatigue analysis of the mixture under complex axle loading conditions.
疲劳性能是沥青混合料重要性能指标之一,是沥青路面设计的重要参考。现有疲劳试验采用简化的正弦/正矢加载波形检测沥青混合料的疲劳响应。而实际路面沥青层受多种轴型荷载交互加载、间歇,所受的真实加载波形复杂;现有加载波形无法体现上述特点,难以检测混合料的实际疲劳特性。针对以上问题,本研究采用不同轴型作用下路面所受的真实应变波形对沥青混合料进行疲劳试验,明确了多轴型加载波交互作用下沥青混合料疲劳损伤演化规律,提高了混合料疲劳损伤分析的可靠性。具体工作包括:1)采用力学响应实测与有限元数值仿真相结合的方式,确定了单轴、双联轴、三联轴等轴型作用下典型路面结构沥青层的真实应变响应,量化了不同轴型作用下沥青混合料所受的实际加载波形特征。2)基于四点弯拉加载模式,测试了多轴型波形作用下沥青混合料的疲劳响应,采用多种方法(现象学法、耗散能方法、VECD方法等)分析了加载波形、应变水平、温度等多因素对混合料疲劳寿命与损伤的影响。3)在疲劳试验中进一步引入间歇时间,检测了多轴型波形与间歇时间交互作用下沥青混合料的疲劳响应,分析了间歇时间对混合料疲劳寿命及损伤的影响,建立了多轴型波形与间歇时间交互作用下混合料的疲劳损伤演化模型。4)基于疲劳响应与损伤数据,采用疲劳寿命外延法、劲度模量衰减法与耗散能法推演得到了沥青混合料的疲劳极限数值,明确了加载波形、间歇时间及温度对混合料疲劳极限的影响,建立了复杂加载场景下沥青混合料的疲劳极限分布。研究成果最终明确了多轴型波形与间歇时间交互作用下沥青混合料的疲劳寿命与损伤规律,建立了混合料的损伤演化模型,确定了复杂波形与间歇组合下混合料的疲劳极限分布,相关成果可为复杂轴载作用下路面疲劳性能分析提供数据及方法支撑。
真实温度场与老化场作用下长寿命路面沥青层全深度疲劳损伤研究
  • 批准号:
    52578527
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    50.00万元
  • 批准年份:
    2025
  • 负责人:
    程怀磊
  • 依托单位:
国内基金
海外基金