1、疲勞試驗及幾種試驗方法的比較疲勞試驗及幾種試驗方法的比較冉孟竺概述概述 瀝青混合料動態特性瀝青混合料動態特性 瀝青混合料疲勞力學模型瀝青混合料疲勞力學模型 影響瀝青路面疲勞壽命的因素影響瀝青路面疲勞壽命的因素 41235 瀝青混合料的疲勞試驗方法瀝青混合料的疲勞試驗方法 路面疲勞破壞特征 裂縫是疲勞的表現，取決于荷載水平（應力比或應變比）重復次數車輛駛過路面時的受力狀況車輛駛過路面時的受力狀況目前我國在通過試驗取得材料參數和對瀝青混合料進行性能的研究時，材料試件的受力狀態基本上是靜態的，沒有考慮材料在動態荷載下的動態性能。導致路面設計的兩大問題：試驗所得性能與參數不能充分反映行駛中汽車荷載作用

2、下材料的真實性能使得設計中的理論彎沉計算值與實測結果不符，從而不得不在規范中引入一項綜合系數來進行修正瀝青混合料瀝青混合料動態性能參數動態性能參數 勁度勁度復合復合模量模量抗抗壓壓強度強度表征瀝青混合料動態性能參數主要有回彈回彈模量模量影響瀝青混合料動態模量因素影響瀝青混合料動態模量因素影響因素影響因素試驗溫度加載力與方式加載頻率試件尺寸 隨溫度升高，瀝青混合料的勁度隨溫度升高，瀝青混合料的勁度呈降低趨勢呈降低趨勢采用的加載頻率在采用的加載頻率在120Hz 動態模量隨荷載頻率的增加而增大動態模量隨荷載頻率的增加而增大試件尺寸試件尺寸加載頻率加載頻率加載力大小與加載加載力大小與加載方式方式試驗溫

3、度的影響試驗溫度的影響 荷載越大，動態模量越大荷載越大，動態模量越大 美國美國ASTM 要求尺寸高徑比要求尺寸高徑比1:2 我國現行測試方法使用高徑比我國現行測試方法使用高徑比1:1現象學現象學法法能量法能量法綜合目前的研究成果，瀝青路面疲勞特性的研究方法基本可分為三類：力學力學近似法近似法疲勞破壞的定義疲勞破壞的定義 按照傳統的定義，材料疲勞破壞的最終結果是斷裂斷裂。 美國試驗與材料協會（ASTM）公布的“疲勞試驗及數據統計分析術語”將其表述為“材料某點或若干點承受擾動應力，且在足夠多的循環擾動后形成裂紋形成裂紋或者發生斷裂，發生斷裂，使得材料發生局發生局部的或者永久的結構變化部的或者永久的

4、結構變化的這一發展過程，稱之為疲勞現象學法現象學法應力控制應力控制應變控制應變控制保持撓度或試件底保持撓度或試件底部應變峰谷值不變部應變峰谷值不變表征公式表征公式表征公式表征公式施加荷載（應力）的峰谷值不變施加荷載（應力）的峰谷值不變試件完全試件完全斷裂斷裂 現象學法中，把材料出現破壞的重復應力值稱作疲勞強度，相應的應力重復作用次數稱為疲勞壽命。勁度下降到初始勁勁度下降到初始勁度的度的50%或更低或更低 Image information in product Image : Note to customers : This image has been licensed to be used

5、 within this PowerPoint template only. You may not extract the image for any other use. （1）荷載歷史）荷載歷史（2）加載速率）加載速率（3）施加應力或應變波譜的形式）施加應力或應變波譜的形式（4）荷載間歇時間）荷載間歇時間（5）試驗方法和試件形狀）試驗方法和試件形狀 荷載條件荷載條件 材料性質材料性質環境條件環境條件（1 1）混合料勁度）混合料勁度（2 2）混合料瀝青用量）混合料瀝青用量（3 3）瀝青的種類和硬度）瀝青的種類和硬度（4 4）瀝青混合料的空隙率）瀝青混合料的空隙率（5 5）集料表面性狀）集料

6、表面性狀（1 1）溫度）溫度（2 2）濕度）濕度現象學法進行疲勞試驗的方法歸納起來可以分為四類：1、實際路面在真實汽車荷載下的疲勞破壞試驗2、路面結構在模擬汽車荷載作用下的疲勞試驗研究3、試板試驗4、試驗室小型試件的疲勞試驗研究疲勞試驗方式匯總疲勞試驗方式匯總試驗試驗方法方法加載形式加載形式應力分布應力分布加載波形加載波形加載頻率間加載頻率間歇時間（次歇時間（次/s）應力應力狀態狀態四點彎曲四點彎曲帶間隙的半正弦波11.67單軸向中點彎曲同上帶間隙的正弦、三角或方波最大1/100單軸向梯形懸臂梯形懸臂梁梁帶間隙的正弦三角波形25或1/100單軸向旋轉懸臂1016.67單軸向單軸8.3325.0

7、單軸向間接拉伸間接拉伸1.0雙軸向支承梁彎曲半正弦0.75單軸向四點彎曲疲勞試驗方法四點彎曲疲勞試驗方法加載方式四點彎曲疲勞試驗方法四點彎曲疲勞試驗方法采用振動輪碾成型設備進行采用振動輪碾成型設備進行碾壓成型碾壓成型置于高精度金剛石雙面劇內，置于高精度金剛石雙面劇內，采用雙面同步切割技術采用雙面同步切割技術300mm50mm50mm瀝青混合料小梁試件均在試驗溫度下環境溫控箱內養護4小時以上,控溫精度為0.1，控溫范圍為-20+60成型方法成型方法試件尺寸試件尺寸環境條件環境條件四點彎曲疲勞試驗方法四點彎曲疲勞試驗方法梯形懸臂梁疲勞試驗方法梯形懸臂梁疲勞試驗方法加載方式梯形懸臂梁疲勞試驗方法梯形

8、懸臂梁疲勞試驗方法試件尺寸粗端55mm20mm細端20mm20mm長度為250mm環境條件：1、瀝青混合料小梁試件均在環境溫控箱內在試驗溫度下養護4小時以上2、控溫精度為0.1，控溫范圍為-20+60間接拉伸疲勞試驗方法間接拉伸疲勞試驗方法加載方式間接拉伸疲勞試驗方法間接拉伸疲勞試驗方法試件尺寸直徑100mm高63.5mm環境條件：1、瀝青混合料小梁試件均在環境溫控箱內在試驗溫度下養護4小時以上2、保溫室控溫范圍為2-20，精度至少為1。三種試驗方法的評價三種試驗方法的評價影響因素影響因素敏感性敏感性試驗試驗可靠性可靠性合理性合理性美國美國SHRP研究計劃對這三種試驗方研究計劃對這三種試驗方法

9、進行詳細的評價，法進行詳細的評價，從三從三個角度個角度方法方法評價評價不同試驗方法影響因素敏感性分析結果不同試驗方法影響因素敏感性分析結果評價指標評價指標影響因影響因素素四點彎四點彎曲曲梯形懸梯形懸臂梁臂梁間接拉間接拉伸伸勁度模量變化百分表瀝青種類512943瀝青含量000集料類型11527空 隙 率332418溫 度844467應力水平840疲勞壽命變化百分表瀝青種類565853瀝青含量5000集料類型674945空 隙 率858067溫 度999899應力水平88807623不同試驗方法影響敏感性分析結果不同試驗方法影響敏感性分析結果四點彎曲四點彎曲間接拉伸間接拉伸梯形懸臂梁彎曲四點彎曲四

10、點彎曲梯形懸臂梁彎曲間接拉伸間接拉伸不同試驗方法可靠性分析結果不同試驗方法可靠性分析結果評價指標評價指標四點四點彎曲彎曲梯形梯形懸臂梁懸臂梁間接間接拉伸拉伸勁度模量變化系數（%）12.311.419.7采樣方差（In psi)0.010.0140.015疲勞壽命變化系數（%）98.7171.865.5采樣方差（In Nf)0.2821.6960.213 試驗可靠性分析主要用于評價試驗方法在重復條件下的可靠程度，即反映各試驗方法的離散程度。不同試驗方法影響可靠性分析結果不同試驗方法影響可靠性分析結果對于疲勞壽命對于疲勞壽命對于勁度模量對于勁度模量間接拉伸間接拉伸四點彎曲四點彎曲四點彎曲四點彎曲梯

11、形懸臂梁彎曲梯形懸臂梁彎曲梯形懸臂梁彎曲梯形懸臂梁彎曲間接拉伸間接拉伸可靠性可靠性分析分析不同試驗方法影響合理性分析結果不同試驗方法影響合理性分析結果評價指標評價指標四點彎曲四點彎曲梯形懸臂梁梯形懸臂梁間接拉伸間接拉伸平均勁度模量02,454,7001,978,1003,712,40020425,1001,063,1001,211,300平均疲勞壽命05,834,000488,800214,9002034,500245,600108,100 合理性分析主要是評價各試驗方法所獲得的試驗結果是否合理，合理性分析主要是評價各試驗方法所獲得的試驗結果是否合理，即試驗結果是否與先前經驗所期望的一致。即試

12、驗結果是否與先前經驗所期望的一致。通過間接拉伸方式獲得的平均勁度模量要比四點彎曲高出60%70%四點彎曲疲勞試驗結果獲得的平均疲勞壽命是間接拉伸疲勞的27倍梯形懸臂梁疲勞梯形懸臂梁疲勞試驗所得的勁度試驗所得的勁度模量和疲勞壽命模量和疲勞壽命對溫度不太敏感對溫度不太敏感幾種疲勞試驗的比較幾種疲勞試驗的比較試驗試驗方法方法優點優點缺點缺點模擬現模擬現場狀況場狀況簡便簡便性性綜合綜合排序排序四點四點彎曲彎曲試驗結果可直接用于設計試驗結果可直接用于設計基本技術可用于其他方面基本技術可用于其他方面可選擇加載方法可選擇加載方法敏感程度相對較好敏感程度相對較好耗時耗時成本高成本高需專用設備需專用設備接近接近較簡較簡便便1 1梯形梯形懸臂懸臂梁梁試驗結果可直接用于設計試驗結果可直接用于設計基本技術可用于其他方面基本技術可用于其他方面可選擇加載方法可選擇加載方法耗時耗時成本高成本高需專用設備需專用設備試件成型有一定難度試件成型有一定難度接近接近不簡不簡便便2 2間接間接拉伸拉伸試驗方法簡單試驗方法簡單基本滿足瀝青路面疲勞設計基本滿足瀝青路面疲勞設計分析的要求，結果與實際路面分析的要求，結果與實際路面性能有一定的相關性性能有一定的相關性設備多用設備多用所受拉應力作用較為均勻所受拉應力作用較為均勻能夠