半剛性基層瀝青路面控制疲勞設計方法技術

本發明專利技術公開了一種半剛性基層瀝青路面控制疲勞設計方法，屬于道路工程領域。該方法包括以下步驟：一、試驗確定半剛性基層材料彎拉模量衰減模型和疲勞預估模型；二、初擬路面結構組合及相應設計參數；三、計算引起疲勞開裂的累計標準軸載作用次數；四、計算彎拉模量衰減過程；五、計算瀝青層累積疲勞損傷；六、判斷瀝青層累積疲勞損傷是否小于設計控制標準。與現有技術相比，該方法以瀝青層累積疲勞損傷為設計指標，將半剛性基層模量衰減模型與疲勞預估模型相結合，基層模量衰減過程納入瀝青層的疲勞損傷分析中，從而在設計期內將瀝青層疲勞開裂有效控制在容許的范圍內，解決了傳統設計方法無法反映路面結構實際受力和損傷狀態的技術難題，實現了疲勞開裂可控，達到了路面結構設計耐久、經濟、環保的目標。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及道路工程領域，具體提供一種半剛性基層浙青路面控制疲勞設計方法。
技術介紹
半剛性基層浙青路面是我國高等級公路主要路面結構形式。隨著交通量和車輛軸載的不斷增加，半剛性基層浙青路面疲勞破壞問題日益嚴重。如何有效控制路面結構疲勞損傷，成為半剛性基層浙青路面結構設計亟待解決的技術難題。半剛性材料層(水泥穩定碎石、石灰-粉煤灰碎石等)在車輛荷載反復作用下其模量有不斷衰減的特性，由于沒有構建與疲勞預估模型力學指標相關的半剛性材料模量衰減模型，現行浙青路面設計方法無法考慮這種模量的衰減對浙青層疲勞損傷的影響(如我國以彎沉為指標的設計方法)。而用一個不變的初始模量代替整個基層疲勞損傷過程的模量水平，無法反映路面結構實際的受力和損傷狀態，這就大大降低了浙青路面設計的可靠性，導致設計過于保守或趨于風險，對路面結構疲勞起不到有效的控制作用。
技術實現思路
本專利技術的技術任務是針對上述現有技術的不足，提供一種半剛性基層浙青路面疲勞控制設計方法。利用該方法設計的路面不易發生過早結構疲勞損壞，可在設計期內將疲勞開裂有效控制在容許的范圍內。本專利技術的半剛性基層浙青路面疲勞控制設計方法，以浙青層累積疲勞損傷為設計指標，將模量衰減模型與疲勞預估模型相結合，基層模量衰減過程納入浙青層的疲勞分析中，從而在設計期內有效控制疲勞開裂水平，并且達到設計路面結構經濟耐久的目標。該設計方法包括以下步驟: 1)確定半剛性基層材料彎拉模量衰減模型和疲勞預估模型 所述半剛性基層材料彎拉模量衰減模型指重復加載作用下材料彎拉模量由疲勞應力水平和加載次數確定的函數關系式；所述疲勞預估模型是指達到破壞時的循環加載次數由疲勞應力水平確定的函數關系式； 2)初擬路面結構組合和結構設計參數 初擬路面各結構層厚度和結構層設計參數，所述設計參數包括各層材料初始彎拉模量、泊松比、半剛性基層材料彎拉強度和設計年限車道累計標準軸載作用次數； 3)計算引起半剛性基層疲勞開裂的累計標準軸載作用次數 根據步驟2)擬定的路面各結構層厚度及相應結構設計參數，結合彈性層狀力學理論計算應力水平，代入步驟I)確定的疲勞預估模型得到半剛性基層疲勞開裂累計標準軸載作用次數； 4)計算半剛性基層彎拉模量衰減過程 根據步驟3)確定的應力水平及半剛性基層疲勞開裂累計標準軸載作用次數，代入步驟I)確定的彎拉模量衰減模型計算半剛性基層隨軸載作用次數增加彎拉模量的衰減過程; 當累計標準軸載作用次數超過步驟3)所確定半剛性基層疲勞開裂累計標準軸載作用次數后，此時半剛性基層已經疲勞開裂，彎拉模量取固定值，取值為初始模量的3 8% ； 5)計算浙青層累積疲勞損傷 將步驟4)所得半剛性基層彎拉模量，連同其他結構層的模量參數，輸入彈性層狀力學理論模型計算浙青層底彎拉應變，并通過浙青層疲勞預估模型和Miner損傷原理計算浙青層在設計累計標準軸載作用下的累積疲勞損傷； 6)判斷浙青層累積疲勞損傷是否小于設計控制標準 如果步驟5)所得浙青層累積疲勞損傷小于設計控制標準，則滿足疲勞控制設計要求，否則調整路面各結構層厚度及相應結構設計參數，重新進行計算，如此反復迭代，直到滿足設計要求為止。步驟I)中所述彎拉模量衰減模型和疲勞預估模型均優選通過重復加載四點彎曲梁疲勞試驗確定。所述模量衰減模型優選用指數模型進行回歸。步驟6)中所述浙青層疲勞累計損傷控制設計標準優選為0.1。本專利技術的半剛性基層浙青路面疲勞控制設計方法與現有技術相比具有以下突出的有益效果: (一)該方法考慮模量衰減對浙青層疲勞損傷的影響，可避免結構性的早期疲勞損壞，有效控制設計期內路面疲勞破壞程度，達到路面結構設計經濟耐久的目標，可大量節約資源，消除維修造成的交通壓力； (二)彎拉模量衰減過程計算方法，克服了現有技術中用當量方法無法真實反映路面結構實際受力和損傷狀態的問題，保證了路面設計的可靠度； (三)基于模量衰減的累積疲勞損傷分析方法，可預估設計期內路面性能變化過程，并根據交通荷載情況隨時調整預估模型，可為路面運營階段預防性養護提供決策依據，從而有效延長路面結構使用壽命。附圖說明附圖1是本專利技術設計方法中半剛性基層浙青路面疲勞控制設計分析流程 附圖2是實施例的疲勞預估模型線性回歸 附圖3是實施例應力比為0.73時的模量衰變曲線； 附圖4是實施例應力比為0.65時的模量衰變曲線； 附圖5是實施例應力比為0.57時的模量衰變曲線； 附圖6是實施例彎拉模量衰減率絕對值對數與應力比關系 附圖7是實施例路面結構組合示意 附圖8是實施例中石灰-粉煤灰碎石模量衰減曲線； 附圖9是實施例中浙青層累積疲勞損傷曲線。具體實施例方式參照說明書附圖以具體實施例對本專利技術的半剛性基層浙青路面疲勞控制設計方法作以下詳細地說明。實施例(石灰-粉煤灰碎石基層) 如附圖1所示，按以下步驟進行設計分析: I)確定半剛性基層材料(石灰-粉煤灰碎石)彎拉模量衰減模型和疲勞預估模型試驗方法:標準的矩形梁四點彎曲疲勞試驗方法AASHTO T 321 (美國道路工作協會四點彎曲疲勞試驗規程)。對設計石灰-粉煤灰碎石材料梁試件進行不同應力比條件的重復加載疲勞試驗，試驗過程中實時采集彎拉模量數據。根據不同應力比對應的疲勞加載作用次數，用指數函數模型回歸疲勞預估模型(取對數后進行線性回歸)，如圖2所示，得到疲勞預估模型如下:本文檔來自技高網...

【技術保護點】
半剛性基層瀝青路面控制疲勞設計方法，其特征在于包括以下步驟：1）確定半剛性基層材料彎拉模量衰減模型和疲勞預估模型所述半剛性基層材料彎拉模量衰減模型指重復加載作用下材料彎拉模量由疲勞應力水平和加載次數確定的函數關系式；所述疲勞預估模型是指達到破壞時的循環加載次數由疲勞應力水平確定的函數關系式；2）初擬路面結構組合和結構設計參數初擬路面各結構層厚度和結構層設計參數，所述設計參數包括各層材料初始彎拉模量、泊松比、半剛性基層材料彎拉強度和設計年限車道累計標準軸載作用次數；3）計算引起半剛性基層疲勞開裂的累計標準軸載作用次數根據步驟2）擬定的路面各結構層厚度及相應結構設計參數，結合彈性層狀力學理論計算應力水平，代入步驟1）確定的疲勞預估模型得到半剛性基層疲勞開裂累計標準軸載作用次數；4）計算半剛性基層彎拉模量衰減過程根據步驟3)確定的應力水平及半剛性基層疲勞開裂累計標準軸載作用次數，代入步驟1）確定的彎拉模量衰減模型計算半剛性基層隨軸載作用次數增加彎拉模量的衰減過程；當累計標準軸載作用次數超過步驟3）所確定半剛性基層疲勞開裂累計標準軸載作用次數后，此時半剛性基層已經疲勞開裂，彎拉模量取固定值，取值為初始模量的3~8%；5)?計算瀝青層累積疲勞損傷將步驟4）所得半剛性基層彎拉模量，連同其他結構層的模量參數，輸入彈性層狀力學理論模型計算瀝青層底彎拉應變，并通過瀝青層疲勞預估模型和Miner損傷原理計算瀝青層在設計累計標準軸載作用下的累積疲勞損傷；6）判斷瀝青層累積疲勞損傷是否小于設計控制標準如果步驟5）所得瀝青層累積疲勞損傷小于設計控制標準，則滿足疲勞控制設計要求，否則調整路面各結構層厚度及相應結構設計參數，重新進行計算，如此反復迭代，直到滿足設計要求為止。...

【技術特征摘要】
1.剛性基層浙青路面控制疲勞設計方法，其特征在于包括以下步驟: 1)確定半剛性基層材料彎拉模量衰減模型和疲勞預估模型 所述半剛性基層材料彎拉模量衰減模型指重復加載作用下材料彎拉模量由疲勞應力水平和加載次數確定的函數關系式； 所述疲勞預估模型是指達到破壞時的循環加載次數由疲勞應力水平確定的函數關系式； 2)初擬路面結構組合和結構設計參數 初擬路面各結構層厚度和結構層設計參數，所述設計參數包括各層材料初始彎拉模量、泊松比、半剛性基層材料彎拉強度和設計年限車道累計標準軸載作用次數； 3)計算引起半剛性基層疲勞開裂的累計標準軸載作用次數 根據步驟2)擬定的路面各結構層厚度及相應結構設計參數，結合彈性層狀力學理論計算應力水平，代入步驟I)確定的疲勞預估模型得到半剛性基層疲勞開裂累計標準軸載作用次數； 4)計算半剛性基層彎拉模量衰減過程 根據步驟3)確定的應力水平及半剛性基層疲勞開裂累計標準軸載作用次數，代入步驟I)確定的彎拉模量衰減模型計算半剛性基層隨軸載作用次數增加彎拉模量的衰減過程; 當累計標準軸載作用次數超過步驟3)所確定半...

【專利技術屬性】
技術研發人員：韋金城，余四新，王林，韓文揚，馬士杰，付建村，崔風仁，
申請(專利權)人：山東省交通科學研究所，
類型：發明
國別省市：