基于加速加载试验的路面结构服役行为对比试验方法

本发明涉及路面加速加载技术领域，特别是指一种基于加速加载试验的路面结构服役行为对比试验方法。

背景技术：

在经济技术发展迅猛的今天，基础设施的建设也是极其重要的一部分。我国每年都在公路交通上投入大量的资金，用来公路的建设和维护。路面的损伤机理和解决方案的相关研究显得格外重要。

现有的路面相关研究方法主要有计算机模拟、模型试验、实验室试验、真实路面试验和足尺路面加速加载试验等，其中计算机模拟、模型试验、实验室试验得到的结果与真实路面的服役行为存在差异。真实路面试验与路面服役行为一致，但试验周期长，所需经费大。足尺路面加速加载试验与真实路面的服役行为有所不同，但其周期短，花费少，是性价比较高的一种方法。

为了提高足尺路面加速加载试验与真实路面的结构服役行为的相关性，本发明提供了一种基于加速加载试验的路面结构服役行为对比试验方法，利用两种装置下路面结构服役行为的比较，可以提高加速加载实验的可靠性，利用室内车辙试验与足尺路面试验对比，可以分析尺寸效应和边界条件对沥青路面加速加载试验的影响，可以建立室内车辙试验与足尺路面试验的联系。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种基于加速加载试验的路面结构服役行为对比试验方法，利用两种装置下路面结构服役行为的比较，可以提高加速加载试验与真实路面的结构服役行为的相关性，提高加速加载实验的可靠性。

该方法使用的装置包括环道加速加载装置、环道加速加载路面、直道加速加载装置、直道加速加载路面，具体实验方法包括直道加速加载装置加载工况的确定、环道加速加载装置加载工况的确定、两种实验装置下路面结构服役行为的对比、室内试验与足尺路面试验对比。

该方法具体包括步骤如下：

s1：在轴载5t，速度20km/h，温度为自然环境温度条件下，用直道加速加载装置、环道加速加载装置、车辙仪对路面进行10万次加载，车辙仪按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》进行室内路面材料车辙试验，每隔1万次测量路面车辙深度h和宽度l，绘制车辙深度h与加载次数的关系，比较关系图中车辙深度的曲线的形状和位置关系，比较三种加载方式下路面车辙形成速率的关系；计算10万次加载后车辙深度与宽度的比例a1、a2、a3，其中，a1为直道加速加载装置测得结果，a2为环道加速加载装置测得结果，a3为车辙仪测得结果；通过比较直道路面在混凝土墙边界的约束下a1与环道无边界约束下a2的关系，比较有无边界对沥青路面加速加载形成车辙时的影响大小，通过比较环道路面a2和车辙仪a3的关系，比较尺寸效应对室内车辙试验与足尺路面加速加载试验形成车辙时的影响大小；

s2：在轴载5t，速度20km/h，温度、降雨、光照均为自然环境条件，直道加速加载装置在1hz、环道加速加载装置在0.025hz的加载频率的工况下运行5min，获取路面的横向、竖向、纵向这三向应变数据，通过比较三向应变数据的峰值大小、波峰形状、周期性的异同，比较路面在直道高频加载与环道低频加载条件下服役行为的异同；

s3：在轴载5t，速度20km/h，降雨、光照均为自然环境条件，直道加速加载装置分别在-15℃、0℃、15℃、30℃、45℃、60℃，环道加速加载装置在自然大气温度的工况下运行5min，获取路面的横向、竖向、纵向这三向应变数据，通过比较三向应变数据的峰值大小、波峰形状、周期性的异同，比较路面在直道控温加载与环道自然大气温度条件下服役行为的异同；

s4：在轴载5t，速度20km/h，温度、光照均为自然环境条件，直道加速加载装置在10mm/h、20mm/h两种降水强度下喷淋降水、环道加速加载装置在自然降雨的工况下运行5min，获取路面的横向、竖向、纵向这三向应变数据，通过比较三向应变数据的峰值大小、波峰形状、周期性的异同，比较路面在直道喷淋降雨加载与环道自然降雨条件下服役行为的异同；

s5：在轴载5t，速度20km/h，温度、降雨均为自然环境条件，直道加速加载装置在200w/m²、400w/m²两种光照强度下紫外灯光照、环道加速加载装置在太阳光照的工况下运行5min，获取路面的横向、竖向、纵向这三向应变数据，通过比较三向应变数据的峰值大小、波峰形状、周期性的异同，比较路面在直道紫外光照与环道太阳光照条件下服役行为的异同。

直道加速加载装置由6组半轴2轮循环加载，在进行直道加速加载试验时可以控制的试验条件有：轴载、速度、温度、喷淋降水、紫外光照。

环道加速加载装置由单轴4轮、双联轴8轮组合加载，在进行环道加速加载试验时可以控制的试验条件有：轴载、速度。

直道加速加载路面埋设有三向应变传感器和温度传感器，提供路面在加载时的服役行为数据。

环道加速加载路面埋设有三向应变传感器和温度传感器，提供路面在加载时的服役行为数据。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

(1)本发明提供了直道加速加载装置和环道加速加载装置两种装置的对比试验方法，利用两种装置下路面结构服役行为的比较，可以提高加速加载试验与真实路面的结构服役行为的相关性，提高加速加载实验的可靠性。

(2)本发明提供了直道加速加载装置和环道加速加载装置两种装置的对比试验方法，对比不同试验条件下路面传感器的数据，可以得到不同因素对路面服役性能的影响程度，使得加速加载试验工况下的数据，可用于路面材料服役性能的评价。

(3)本发明提供了室内试验与足尺路面试验的对比试验方法，利用室内车辙试验与足尺路面试验对比，可以分析尺寸效应和边界条件对沥青路面加速加载试验的影响，可以建立室内车辙试验与足尺路面试验联系。

附图说明

图1为本发明使用的加速加载装置示意图；

图2为本发明使用的环道加速加载测试车示意图；

图3为本发明使用的直道加速加载环链示意图；

图4为本发明对比试验方法流程图；

图5为本发明车辙深度h与加载次数曲线图；

图6为本发明中直道纵向应变数据曲线图。

其中：1-环道加速加载装置，2-环道加速加载路面，3-直道加速加载装置，4-直道加速加载路面。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明提供一种基于加速加载试验的路面结构服役行为对比试验方法。

如图1所示，本方法使用的装置包括环道加速加载装置1、环道加速加载路面2、直道加速加载装置3、直道加速加载路面4，方法包括直道加速加载装置3加载工况的确定、环道加速加载装置加载工况的确定、两种实验装置下路面结构服役行为的对比、室内试验与足尺路面试验对比。

如图3所示，直道加速加载装置3由6组半轴2轮循环加载，控制的试验条件有：轴载、速度、温度、喷淋降水、紫外光照。

如图2所示，环道加速加载装置由单轴4轮、双联轴8轮组合加载，控制的试验条件有：轴载、速度。

直道加速加载路面4埋设有传感器，提供路面在加载时的服役行为数据。

环道加速加载路面2埋设有传感器，提供路面在加载时的服役行为数据。

如图4所示，本发明具体包括步骤如下：

步骤一、在轴载5t，速度20km/h，温度为自然环境温度条件下，用直道加速加载装置、环道加速加载装置、车辙仪对路面进行10万次加载，车辙仪按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》进行室内路面材料车辙试验，每隔1万次测量路面车辙深度h和宽度l，绘制车辙深度h与加载次数关系图，如图5所示，比较图中车辙深度的曲线的形状和位置关系，若三种曲线形状相似，则说明三种加载方式对于路面车辙的形成过程无影响，从三条曲线的位置关系来分析三种加载方式下路面车辙形成的快慢，若三条曲线按图5中位置所示，则说明直道在半轴双轮条件下车辙形成速率小于环道在双联轴8轮条件下车辙形成速率，室内车辙仪试样的车辙形成速率最小。计算10万次加载后车辙深度与宽度的比例a1、a2、a3，计算公式如下：

直道加载路面车辙深宽比例a1＝h1/l1(1)

环道加载路面车辙深宽比例a2＝h2/l2(2)

车辙仪试样深宽比例a3＝h3/l3(3)

直道与环道车辙深宽比例相对差距

车辙仪试样与环道车辙深宽比例相对差距比较a1、a2的大小关系，若η12＞20％，则说明直道的混凝土墙边界条件对于路面在形成车辙时有明显阻碍作用，若10％＜η12≤20％，则说明直道的混凝土墙边界条件对于路面在形成车辙时有一定阻碍作用，若η12≤10％，则说明直道的混凝土墙边界条件对于路面在形成车辙时有无明显阻碍作用；比较a3、a2的大小关系，若η32＞20％，则说明车辙仪的小尺寸试样在形成车辙时受到尺寸效应的影响，若10％＜η32≤20％，则说明车辙仪的小尺寸试样在形成车辙时尺寸因素的影响较小，若η32≤10％，则说明车辙仪的小尺寸试样在形成车辙时不受尺寸效应的影响；

步骤二、在轴载5t，速度20km/h，温度、降雨、光照均为自然环境条件，直道加速加载装置在1hz、环道加速加载装置在0.025hz的加载频率的工况下运行5min，获取路面的横向、竖向、纵向这三向应变数据，选取图6所示直道纵向应变数据为例，取图中连续6个峰值b1、b2、b3、b4、b5、b6，计算平均值作为直道纵向应变峰值zb1，

直道纵向应变峰值：zb1＝(b1+b2+b3+b4+b5+b6)/6(6)

用同样的方法计算得到直道横向应变峰值xb1、竖向应变峰值yb1以及环道横向应变峰值xb2、竖向应变峰值yb2、纵向应变峰值zb2(下同)，比较直道加载路面与环道加载路面三向应变数据的峰值大小，若直道加载路面的三向应变峰值大于环道加载路面的三向应变峰值，则说明在高频率加载条件下路面受到的损伤更严重，若直道加载路面的三向应变峰值与环道加载路面的三向应变峰值接近，则说明加载频率对路面服役行为影响较小；

步骤三、在轴载5t，速度20km/h，降雨、光照均为自然环境条件，直道加速加载装置分别在-15℃、0℃、15℃、30℃、45℃、60℃，环道加速加载装置在自然大气温度的工况下运行5min，获取路面的横向、竖向、纵向这三向应变数据，比较在-15℃工况下，直道路面三向应变峰值xb1-15、yb1-15、zb1-15与环道加载路面三向应变峰值xb2、yb2、zb2的大小和波峰形状，若峰值接近且直道波峰形状较宽，则说明低温条件对路面应力回复过程有阻碍作用；比较在60℃工况下，直道加载路面三向应变峰值xb160、yb160、zb160与环道加载路面三向应变峰值xb2、yb2、zb2的大小和波峰形状，若直道路面峰值较大且波峰形状相同，则说明在高温条件下路面受到的损伤更严重；选取直道加载路面在-15℃、0℃、15℃、30℃、45℃、60℃六种温度工况中的三向应变峰值最大的一组，计算ηx12、ηy12、ηz12，

直道与环道横向应变峰值相对差距

直道与环道竖向应变峰值相对差距

直道与环道纵向应变峰值相对差距

若该温度工况中的ηx12、ηy12、ηz12有数值大于20％的，则说明温度因素对路面服役行为有较大影响，若该温度工况中的ηx12、ηy12、ηz12数值均小于20％，则说明温度因素对路面服役行为影响较小；

步骤四、在轴载5t，速度20km/h，温度、光照均为自然环境条件，直道加速加载装置在10mm/h、20mm/h两种降水强度下喷淋降水、环道加速加载装置在自然降雨的工况下运行5min，获取路面的横向、竖向、纵向这三向应变数据，比较直道加速加载装置在10mm/h降水强度工况下三向应变数据xb1’、yb1’、zb1’与20mm/h降水强度工况下三向应变数据xb1”、yb1”、zb1”，计算△x、△y、△z，

直道两种降水强度横向应变峰值相对差距

直道两种降水强度竖向应变峰值相对差距

直道两种降水强度纵向应变峰值相对差距若△x、△y、△z中有数值大于20％，则说明降水量的大小对路面服役行为有明显影响，若△x、△y、△z中有数值均小于20％，则说明降水量的大小对路面服役行为无明显影响；比较直道路面在10降水强度工况下三向应变数据xb1’、yb1’、zb1’与环道自然降雨工况下三向应变xb2、yb2、zb2数值大小，若数值相差较大且波峰形状、周期性有明显差异，则说明直道喷淋降雨与环道自然降雨条件下的路面服役行为存在较大差异，若数值相差较小且波峰形状、周期性相似，则说明直道喷淋降雨与环道自然降雨条件下的路面服役行为差异较小；

步骤五、在轴载5t，速度20km/h，温度、降雨均为自然环境条件，直道加速加载装置在200w/m²、400w/m²两种光照强度下用紫外灯光照、环道加速加载装置在太阳光照的工况下运行5min，获取路面的横向、竖向、纵向这三向应变数据，比较直道加速加载装置在200w/m²、400w/m²两种光照强度工况下三向应变数据xb1200、yb1200、zb1200与xb1400、yb1400、zb1400，计算▲x、▲y、▲z，

直道两种光照强度横向应变峰值相对差距

直道两种光照强度竖向应变峰值相对差距

直道两种光照强度纵向应变峰值相对差距

若▲x、▲y、▲z中有数值大于20％，则说明光照强度的大小对路面服役行为有明显影响，若▲x、▲y、▲z中有数值均小于20％，则说明光照强度的大小对路面服役行为无明显影响；比较直道路面在200w/m²光照强度工况下三向应变数据xb1200、yb1200、zb1200与环道太阳光照工况下三向应变xb2、yb2、zb2数值大小，若数值相差较大且波峰形状、周期性有明显差异，则说明直道紫外光照与环道太阳光照条件下的路面服役行为存在较大差异，若数值相差较小且波峰形状、周期性相似，则说明直道紫外光照与环道太阳光照条件下的路面服役行为差异较小；

可以看出，本发明通过对比直道加速加载装置和环道加速加载装置两种装置的试验方法，不仅将加速加载条件下路面服役行为的影响因素进行了比较，而且将环道和直道加速加载两种加载方式下路面服役行为进行了对比，使得加速加载试验工况下的数据，可用于路面材料服役性能的评价，提高了加速加载实验的可靠性。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。