累积变形与疲劳特性
1)重复作用下路面结构的破坏状态
累积变形:材料→弹塑性→塑性变形积累→沉陷与车辙→路面使用性能↓(非结构破坏)
疲劳破坏:材料→弹性→内部微量损伤累积扩大→疲劳极限→疲劳断裂(结构破坏)
2)特点
破坏极限的发生不仅同荷载应力的大小有关,而且同荷载应力作用的次数有关。
变形积累:具有塑性的材料→弹性工作状态→荷载重复作用→塑性变形累积→累积变形过度→永久变形(沉陷或车辙)
1)颗粒类材料
应力较小时→压实
应力较大时→破坏→重复应力临界值(塑性应变随应力重复作用次数增大)
级配不良的材料不适合作路面材料。
2)沥青混合料:单轴压缩试验,三轴压缩试验
a)重复作用次数↑→塑性应变累积↑
b)温度↑→塑性应变累积↑
结论:在同一温度条件下,累积应变量不仅与荷载重复作用次数有关,而且还与“加荷的总时间”有关;加荷频率以及应力循环的间隔时间对“累积应变——时间”关系的影响不大。
c)影响因素:温度,施加应力大小、加荷时间、集料的状况(棱角/级配)、压实的方法、压实的效果等。
路面材料的疲劳特性→相对于较具有弹性的材料
疲劳:材料强度随荷载作用次数增加而降低的现象;
疲劳破坏:由于材料疲劳而导致结构破坏的现象;
疲劳强度:出现疲劳破坏的重复应力值即为疲劳强度,其随重复作用次数的增大而降低;
疲劳极限:疲劳强度随重复作用次数的增加而降低;有些材料在应力重复作用一定次数后,疲劳强度不再下降,趋于稳定值→疲劳极限。当重复应力低于疲劳极限时,材料可经受无限多次的作用而不出现破坏。
研究目的:探索提高疲劳强度,延长路面使用年限的方法,为路面设计提供参数。
总结:
1、水泥混凝土路面:弹性工作状态(疲劳破坏)
2、沥青路面:低温——弹性状态(疲劳破坏)
高温——弹塑性状态(累积变形→车辙、沉陷等)
3、半刚性路面(无机结合料):早期——弹塑性
后期——弹性(疲劳破坏)
4、以黏土为结合料的碎砾石路面:弹塑性状态(累积变形)
沥青混合料高温稳定性的主要影响因素:
内因:沥青混合料的黏聚力、内摩擦角;
外因:行车荷载轴重、作用次数、自然因素。
沥青混合料低温力学性能
大幅度降温→柔性逐渐损失,脆硬→低温裂缝(低温区裂缝类型)。