疲劳试验及几种试验方法的比较

1、疲劳试验及几种试验方法的比较疲劳试验及几种试验方法的比较冉孟竺概述概述 沥青混合料动态特性沥青混合料动态特性 沥青混合料疲劳力学模型沥青混合料疲劳力学模型 影响沥青路面疲劳寿命的因素影响沥青路面疲劳寿命的因素 41235 沥青混合料的疲劳试验方法沥青混合料的疲劳试验方法 路面疲劳破坏特征 裂缝是疲劳的表现，取决于荷载水平（应力比或应变比）重复次数车辆驶过路面时的受力状况车辆驶过路面时的受力状况目前我国在通过试验取得材料参数和对沥青混合料进行性能的研究时，材料试件的受力状态基本上是静态的，没有考虑材料在动态荷载下的动态性能。导致路面设计的两大问题：试验所得性能与参数不能充分反映行驶中汽车荷载作用

2、下材料的真实性能使得设计中的理论弯沉计算值与实测结果不符，从而不得不在规范中引入一项综合系数来进行修正沥青混合料沥青混合料动态性能参数动态性能参数 劲度劲度复合复合模量模量抗抗压压强度强度表征沥青混合料动态性能参数主要有回弹回弹模量模量影响沥青混合料动态模量因素影响沥青混合料动态模量因素影响因素影响因素试验温度加载力与方式加载频率试件尺寸 随温度升高，沥青混合料的劲度随温度升高，沥青混合料的劲度呈降低趋势呈降低趋势采用的加载频率在采用的加载频率在120Hz 动态模量随荷载频率的增加而增大动态模量随荷载频率的增加而增大试件尺寸试件尺寸加载频率加载频率加载力大小与加载加载力大小与加载方式方式试验温

3、度的影响试验温度的影响 荷载越大，动态模量越大荷载越大，动态模量越大 美国美国ASTM 要求尺寸高径比要求尺寸高径比1:2 我国现行测试方法使用高径比我国现行测试方法使用高径比1:1现象学现象学法法能量法能量法综合目前的研究成果，沥青路面疲劳特性的研究方法基本可分为三类：力学力学近似法近似法疲劳破坏的定义疲劳破坏的定义 按照传统的定义，材料疲劳破坏的最终结果是断裂断裂。 美国试验与材料协会（ASTM）公布的“疲劳试验及数据统计分析术语”将其表述为“材料某点或若干点承受扰动应力，且在足够多的循环扰动后形成裂纹形成裂纹或者发生断裂，发生断裂，使得材料发生局发生局部的或者永久的结构变化部的或者永久的

4、结构变化的这一发展过程，称之为疲劳现象学法现象学法应力控制应力控制应变控制应变控制保持挠度或试件底保持挠度或试件底部应变峰谷值不变部应变峰谷值不变表征公式表征公式表征公式表征公式施加荷载（应力）的峰谷值不变施加荷载（应力）的峰谷值不变试件完全试件完全断裂断裂 现象学法中，把材料出现破坏的重复应力值称作疲劳强度，相应的应力重复作用次数称为疲劳寿命。劲度下降到初始劲劲度下降到初始劲度的度的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）荷载历史）荷载历史（2）加载速率）加载速率（3）施加应力或应变波谱的形式）施加应力或应变波谱的形式（4）荷载间歇时间）荷载间歇时间（5）试验方法和试件形状）试验方法和试件形状 荷载条件荷载条件 材料性质材料性质环境条件环境条件（1 1）混合料劲度）混合料劲度（2 2）混合料沥青用量）混合料沥青用量（3 3）沥青的种类和硬度）沥青的种类和硬度（4 4）沥青混合料的空隙率）沥青混合料的空隙率（5 5）集料表面性状）集料

6、表面性状（1 1）温度）温度（2 2）湿度）湿度现象学法进行疲劳试验的方法归纳起来可以分为四类：1、实际路面在真实汽车荷载下的疲劳破坏试验2、路面结构在模拟汽车荷载作用下的疲劳试验研究3、试板试验4、试验室小型试件的疲劳试验研究疲劳试验方式汇总疲劳试验方式汇总试验试验方法方法加载形式加载形式应力分布应力分布加载波形加载波形加载频率间加载频率间歇时间（次歇时间（次/s）应力应力状态状态四点弯曲四点弯曲带间隙的半正弦波11.67单轴向中点弯曲同上带间隙的正弦、三角或方波最大1/100单轴向梯形悬臂梯形悬臂梁梁带间隙的正弦三角波形25或1/100单轴向旋转悬臂1016.67单轴向单轴8.3325.0

7、单轴向间接拉伸间接拉伸1.0双轴向支承梁弯曲半正弦0.75单轴向四点弯曲疲劳试验方法四点弯曲疲劳试验方法加载方式四点弯曲疲劳试验方法四点弯曲疲劳试验方法采用振动轮碾成型设备进行采用振动轮碾成型设备进行碾压成型碾压成型置于高精度金刚石双面剧内，置于高精度金刚石双面剧内，采用双面同步切割技术采用双面同步切割技术300mm50mm50mm沥青混合料小梁试件均在试验温度下环境温控箱内养护4小时以上,控温精度为0.1，控温范围为-20+60成型方法成型方法试件尺寸试件尺寸环境条件环境条件四点弯曲疲劳试验方法四点弯曲疲劳试验方法梯形悬臂梁疲劳试验方法梯形悬臂梁疲劳试验方法加载方式梯形悬臂梁疲劳试验方法梯形

8、悬臂梁疲劳试验方法试件尺寸粗端55mm20mm细端20mm20mm长度为250mm环境条件：1、沥青混合料小梁试件均在环境温控箱内在试验温度下养护4小时以上2、控温精度为0.1，控温范围为-20+60间接拉伸疲劳试验方法间接拉伸疲劳试验方法加载方式间接拉伸疲劳试验方法间接拉伸疲劳试验方法试件尺寸直径100mm高63.5mm环境条件：1、沥青混合料小梁试件均在环境温控箱内在试验温度下养护4小时以上2、保温室控温范围为2-20，精度至少为1。三种试验方法的评价三种试验方法的评价影响因素影响因素敏感性敏感性试验试验可靠性可靠性合理性合理性美国美国SHRP研究计划对这三种试验方研究计划对这三种试验方法

9、进行详细的评价，法进行详细的评价，从三从三个角度个角度方法方法评价评价不同试验方法影响因素敏感性分析结果不同试验方法影响因素敏感性分析结果评价指标评价指标影响因影响因素素四点弯四点弯曲曲梯形悬梯形悬臂梁臂梁间接拉间接拉伸伸劲度模量变化百分表沥青种类512943沥青含量000集料类型11527空 隙 率332418温 度844467应力水平840疲劳寿命变化百分表沥青种类565853沥青含量5000集料类型674945空 隙 率858067温 度999899应力水平88807623不同试验方法影响敏感性分析结果不同试验方法影响敏感性分析结果四点弯曲四点弯曲间接拉伸间接拉伸梯形悬臂梁弯曲四点弯曲四

10、点弯曲梯形悬臂梁弯曲间接拉伸间接拉伸不同试验方法可靠性分析结果不同试验方法可靠性分析结果评价指标评价指标四点四点弯曲弯曲梯形梯形悬臂梁悬臂梁间接间接拉伸拉伸劲度模量变化系数（%）12.311.419.7采样方差（In psi)0.010.0140.015疲劳寿命变化系数（%）98.7171.865.5采样方差（In Nf)0.2821.6960.213 试验可靠性分析主要用于评价试验方法在重复条件下的可靠程度，即反映各试验方法的离散程度。不同试验方法影响可靠性分析结果不同试验方法影响可靠性分析结果对于疲劳寿命对于疲劳寿命对于劲度模量对于劲度模量间接拉伸间接拉伸四点弯曲四点弯曲四点弯曲四点弯曲梯

11、形悬臂梁弯曲梯形悬臂梁弯曲梯形悬臂梁弯曲梯形悬臂梁弯曲间接拉伸间接拉伸可靠性可靠性分析分析不同试验方法影响合理性分析结果不同试验方法影响合理性分析结果评价指标评价指标四点弯曲四点弯曲梯形悬臂梁梯形悬臂梁间接拉伸间接拉伸平均劲度模量02,454,7001,978,1003,712,40020425,1001,063,1001,211,300平均疲劳寿命05,834,000488,800214,9002034,500245,600108,100 合理性分析主要是评价各试验方法所获得的试验结果是否合理，合理性分析主要是评价各试验方法所获得的试验结果是否合理，即试验结果是否与先前经验所期望的一致。即试

12、验结果是否与先前经验所期望的一致。通过间接拉伸方式获得的平均劲度模量要比四点弯曲高出60%70%四点弯曲疲劳试验结果获得的平均疲劳寿命是间接拉伸疲劳的27倍梯形悬臂梁疲劳梯形悬臂梁疲劳试验所得的劲度试验所得的劲度模量和疲劳寿命模量和疲劳寿命对温度不太敏感对温度不太敏感几种疲劳试验的比较几种疲劳试验的比较试验试验方法方法优点优点缺点缺点模拟现模拟现场状况场状况简便简便性性综合综合排序排序四点四点弯曲弯曲试验结果可直接用于设计试验结果可直接用于设计基本技术可用于其他方面基本技术可用于其他方面可选择加载方法可选择加载方法敏感程度相对较好敏感程度相对较好耗时耗时成本高成本高需专用设备需专用设备接近接近较简较简便便1 1梯形梯形悬臂悬臂梁梁试验结果可直接用于设计试验结果可直接用于设计基本技术可用于其他方面基本技术可用于其他方面可选择加载方法可选择加载方法耗时耗时成本高成本高需专用设备需专用设备试件成型有一定难度试件成型有一定难度接近接近不简不简便便2 2间接间接拉伸拉伸试验方法简单试验方法简单基本满足沥青路面疲劳设计基本满足沥青路面疲劳设计分析的要求，结果与实际路面分析的要求，结果与实际路面性能有一定的相关性性能有一定的相关性设备多用设备多用所受拉应力作用较为均匀所受拉应力作用较为均匀能够