一种基于初始伪耗散能的沥青混合料疲劳极限确定方法与流程

本发明涉及道路工程，更具体的说是涉及一种基于初始伪耗散能的沥青混合料疲劳极限确定方法。

背景技术：

1、沥青混合料疲劳极限是长寿命沥青路面设计中一个关键的设计参数。疲劳极限为一个应变阈值，低于该阈值时，沥青混合料被认为不再承受疲劳损伤累积作用。因此，在路面设计中，维持沥青层内部的最大应变低于疲劳极限数值，沥青层将免受疲劳破坏，路面可达到长寿命乃至无限寿命。

2、现阶段通常通过采用室内疲劳试验测试沥青混合料的疲劳响应，基于疲劳响应数据，确定沥青混合料疲劳极限数值。但现有方法需要测试沥青混合料的整个疲劳过程，疲劳试验时间很长，效率较低。例如，美国加州大学路面研究中心曾沥青混合料进行了长达数月的疲劳试验，以确定沥青混合料的疲劳极限数值。我国处于公路快速建设的阶段，在公路沥青路面设计中需要高效的获取沥青混合料的疲劳极限参数，以加快路面的建设进程；现有方法耗时长，效率低，不能满足我国沥青路面快速建设的需要。因此，迫切需要提出一种新方法，快速准确的检测沥青混合料的疲劳极限，为我国长寿命沥青路面的设计与建设提供支撑。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提出了一种基于初始伪耗散能的沥青混合料疲劳极限确定方法，该方法只需要检测疲劳试验初始阶段沥青混合料的应力和应变数据，所需的检测时间明显小于传统方法，检测效率大幅提高，可服务于我国长寿命沥青路面的快速设计与建设。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案具体包括如下步骤：

3、对沥青混合料试件进行不同应变水平下的疲劳试验，获取疲劳初始阶段试件的应力及应变数据；

4、对沥青混合料试件进行松弛模量试验，获取沥青混合料的松弛模量数据，拟合得到混合料的松弛模量曲线函数；

5、利用松弛模量曲线函数，将试件在疲劳试验中的应变数据转化为伪应变数据；

6、基于伪应变数据，绘制试件的应力-伪应变滞回曲线，计算滞回曲线的面积，确定为试件的初始伪耗散能；

7、拟合疲劳试验中试件应变水平与相应的初始伪耗散能之间的关系，计算得到初始伪耗散能为0时混合料的应变水平，确定为沥青混合料的疲劳极限。

8、可选的，所述沥青混合料疲劳试验和松弛模量试验时应在相同的温度下进行，采用相同的加载模式，测试的沥青混合料类型也应相同。

9、可选的，所述疲劳试验初始阶段通常定义为第50个加载循环，也可定义为其他循环次数，但最大不超过200个加载循环。

10、可选的，所述对沥青混合料试件进行不同应变水平下的疲劳试验，应至少包括三种应变水平，最大应变水平不超过600微应变，最小应变水平不超过100微应变。

11、可选的，所述沥青混合料的松弛模量曲线函数采用以下形式：

12、

13、式中，e(t)为松弛模量，t为松弛时间，e∞为长期弹性模量，n为模型的阶数(不低于5)，ei为模型中每个单元的弹性系数，ρi为松弛时间。

14、可选的，所述将试件在疲劳试验中的应变数据转化为伪应变数据采用如下公式：

15、

16、

17、式中，εr(t)是伪应变，ε(t)为应变，t为疲劳试验加载时间，σeli(t)为每个单元的应力，△t为数据采集的时间间隔(不大于0.01s)，△ε为△t时间内的应变增量，e∞、n、ei、ρi为拟合得到的松弛模量曲线函数的参数。

18、可选的，所述拟合疲劳试验中试件应变水平与相应的初始伪耗散能之间的关系，拟合函数为线性函数，也可根据实际数据选择其他拟合精度更高的函数形式。

19、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于初始伪耗散能的沥青混合料疲劳极限确定方法，可以利用疲劳试验初始阶段应力和应变数据确定沥青混合料的疲劳极限值，所需时间少、分析效率高，可快速确定沥青混合料的疲劳极限，为我国长寿命沥青路面的设计与建设提供支撑。

技术特征：

1.一种基于初始伪耗散能的沥青混合料疲劳极限确定方法，其特征在于，具体步骤包括如下：

2.根据权利要求1所述的一种基于初始伪耗散能的沥青混合料疲劳极限确定方法，其特征在于，疲劳试验和松弛模量试验时在相同的温度下进行，采用相同的加载模式，测试的沥青混合料类型也相同。

3.根据权利要求1所述的一种基于初始伪耗散能的沥青混合料疲劳极限确定方法，其特征在于，初始阶段为50-200个加载循环。

4.根据权利要求1所述的一种基于初始伪耗散能的沥青混合料疲劳极限确定方法，其特征在于，所述对沥青混合料试件进行不同应变水平下的疲劳试验，至少包括三种应变水平，最大应变水平不超过600微应变，最小应变水平不超过100微应变。

5.根据权利要求1所述的一种基于初始伪耗散能的沥青混合料疲劳极限确定方法，其特征在于，所述拟合得到混合料的松弛模量曲线函数，松弛模量曲线函数采用以下形式：

6.根据权利要求1所述的一种基于初始伪耗散能的沥青混合料疲劳极限确定方法，其特征在于，所述将试件在疲劳试验中的应变数据转化为伪应变数据，转化公式如下所示：

7.根据权利要求1所述的一种基于初始伪耗散能的沥青混合料疲劳极限确定方法，其特征在于，所述拟合疲劳试验中试件应变水平与相应的初始伪耗散能之间的关系，拟合函数为线性函数。

技术总结
一种基于初始伪耗散能的沥青混合料疲劳极限确定方法，涉及道路工程技术领域，对沥青混合料试件进行不同应变水平下的疲劳试验，获取疲劳初始阶段试件的应力及应变数据；对沥青混合料试件进行松弛模量试验，获取松弛模量数据，拟合得到松弛模量曲线函数；利用松弛模量曲线函数，将试件在疲劳试验中的应变数据转化为伪应变数据；基于伪应变数据，绘制试件的应力‑伪应变滞回曲线，计算滞回曲线的面积，确定为试件的初始伪耗散能；拟合疲劳试验中试件应变水平与相应的初始伪耗散能之间的关系，计算得到初始伪耗散能为0时混合料的应变水平，确定为沥青混合料的疲劳极限。本发明检测时间少、效率高，可快速确定沥青混合料的疲劳极限。

技术研发人员：程怀磊,姜尧
受保护的技术使用者：上海群康沥青科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13