沥青路面疲劳损伤特性与抗疲劳.pdf

交通部重点科技项目 沥青路面疲劳损伤特性及抗 疲劳破坏的措施与方法研究 长沙理工大学 周志刚教授、博导 一、课题主要研究内容 1、各向同性弹性损伤理论研究 2 、沥青混合料疲劳损伤特性试验研究 3、沥青路面抗疲劳破坏措施及方法研究 4 、路面结构疲劳损伤理论的试验路验证 二、主要研究成果 1、各向同性弹性损伤理论研究 （1）基于不可逆热力学基本定律，建立了完整的各向 同性弹性损伤理论，克服了经典弹性损伤理论存在的缺陷； （2）针对梁式试件疲劳试验，给出了传统疲劳经验公 式的损伤力学解释； （3）将前述损伤理论用于沥青路面的疲劳损伤析，并 对疲劳过程中的位移幅值演变过程进行了数值模拟计算。 2、沥青混合料疲劳损伤特性试验研究 (1)通过动态试验建立Burgers参数与动态试验结果之间 的相关关系及其变化规律，进而将Burgers模型直接应用于 模拟和分析沥青混合料的重复加载试验，计算结果与试验 结果十分接近； (2)采用自制设备进行了沥青混合料的低温低频疲劳试 验，得到以累积耗散能表达的沥青混合料的低频疲劳方程； (3)采用约束试件温度应力试验仪（TSRST）进行了约束 试件温度疲劳试验，得到以累积耗散能表达的沥青混合料 的温度疲劳方程 。 3、沥青路面抗疲劳破坏措施及方法研究 加铺土工合成材料夹层所发挥的作用： (1)对沥青面层开裂起到桥联增韧效应； (2)延缓因持续大幅降温引起的反射裂缝； (3)延缓因温度循环变化引起的反射裂缝； (4)改善半刚性基层沥青路面的疲劳寿命； (5)改善旧水泥混凝土沥青路面的疲劳寿命。 4、路面结构疲劳损伤理论的试验路验证 在河南省高速公路新乡段和广东省广佛公路佛山 段分别采用不同的抗裂措施(铺设不同类型玻璃纤维 格栅、土工布以及不同铺设方式，预切裂缝等)。经 过几年开放交通运行使用，这些不同措施发挥了不同 程度的抗裂作用。 三、各向同性弹性损伤理论研究 1、应变等效假设与经典损伤理论 ~   一维线弹性本构关系:  （1） E E (1D) 三维弹性应力应变本构关系:  c  (1D) 2(1D) (1D)  （2 ） ij ijkl kl ij kk ij 1 1 2 Y c   ( )   损伤应变能释放率: 2 ijkl ij kl 2 kk ij ij （3 ） 式中为材料无损时的四阶弹性张量，为Kronecker张量。 ~ 损伤材料的有效Lame常数： ~  (1D),  (1D) ~ ~   损伤材料的有效Poisson 比：  ~