路基路面行车荷载、环境因素、材料的力学特性ppt课件.ppt

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1、第二章 行车荷载、环境因素、材料的力学特性,基本内容第一节 行车荷载第二节 环境因素影响第三节 土基的力学强度特性第四节 土基的承载能力第五节 路基的变形破坏及防治第六节 路面材料的力学强度特性第七节 路面材料的累积变形及疲劳特性,第一节 行车荷载,研究行车荷载的原因：1、汽车是路基路面的主要服务对象，又是造成路基路面结构损坏的主要成因。 2、汽车对路基路面作用力的大小、特性、分布、持续时间、在使用期内行车的变化情况及数量影响路面的使用性能。 3、汽车荷载是造成路基路面结构损伤的主要原因。要做好路基路面结构设计，必须对行车荷载进行分析。,行车荷载的主要研究内容：车辆的种类； 汽车的轴型； 汽车

2、对道路的静态压力； 运动车辆对道路的动态影响； 交通分析。,一、车辆的种类,道路上通行的车辆主要分为客车与货车两大类。客车：小客车、中客车、大客车；货车：整车、牵引式半挂车、牵引式挂车。汽车的总重量通过车轴和车轮传递给路面，所以路面结构设计主要以轴重作为荷载标准。因此，在众多的车辆组合中，重型货车和大客车起决定作用。对于小客车，则主要对路面的表面特性如：平整性、抗滑性等，提出较高的要求。,二、汽车的轴（轮）型,汽车的重量通过车轴上的车轮作用于路面 因此，路面结构设计而言，应特别重视轴或 轮重和其作用次数，而不是汽车种类和数量。,整车类：前轴、后轴。 牵引式半拖车类：牵引车：前轴、后轴；拖车：后

3、轴（单轴或双轴）。 拖车类：由一辆或多辆组成，各配有前后二根单轴或单前轴和双后轴。 轴载的大小直接关系到路面结构的设计承载力与结构强度。各个国家均对轴重的最大限度有明确的规定。我国公路与城市道路设计规范中均以100kN作为标准轴重。目前我国公路是行使的车辆，后轴轴载一般在60130kN范围内。,汽车货运朝大型重载方向发展，货车的总重量有 增加趋势，超载运输问题在我国日益突出。 要发展多轴多轮。 对超载的定义：2000年2月，交通部超限运输车辆行驶公路管理条例规定：“单轴（每侧单轮胎）载质量6000kg，单轴（每侧双轮胎）载质 量10000kg，双联轴（每侧双轮胎）载质量 18000kg。”附则

4、第二十九条规定，单轴轴载最 大不得超过13000kg。,某 高 速 公 路 上 重 载 交 通 车 辆,某 路 上 的 载 重 车 队,在重载交通条件下，沥青路面主要损害类型表现 为行车道轮迹带车辙与裂缝(龟裂与纵向裂缝)； 若上述裂缝得不到即使的养护维修，在水的作用 下将进一步发展为松散或坑槽等水损害。,三、汽车对道路的静态压力,1、汽车对道路的作用 停驻状态：对道路的作用力为静态垂直压力。 行驶状态：对道路的作用力为动态垂直压力、水平力、 振动力。 2、汽车对道路的静态压力 静载的大小与车辆的总质量及轮轴的形式有关。 影响静态垂直压力大小的因素： （1）汽车轮胎的内压力pi； （2）轮胎的

5、刚度和轮胎与路面的接触的形状； （3）轮载的大小。,胎壁受拉,胎壁受压,胎压,触压力,高压轮胎,低压轮胎,轮胎/路面接触面与接触应力,轮迹,对于低压轮胎：接触压力大于胎压 对于高压轮胎：接触压力小于胎压 在工程设计中，对接触压力进行如下简化： 以轮胎内压力为轮胎的接触压力，即p=pi， 接触形状为圆形， 接触面上的压力为均匀分布 即将车轮荷载简化成当量的圆形均布荷载，并采用轮胎内压作为轮胎接触压力p。,当量圆半径可以按下式确定。 式中：P作用在车轮上的荷载，kN； p轮胎接触压力，kpa； 接触面当量圆半径，m。 轮胎与路面的接触形状如下图所示：,四、 运动车辆对道路的动态影响 （1）水平力（

6、与运动状态有关） （2）行驶荷载的特性 振动性 瞬时性 重复性,车辆行使过程中的动态响应和随机动力荷载图,汽车在路面上行使过程中，由于车辆自身各种因 素（如发动机偏心转动、轮胎花纹、燃料不均匀、 驾驶员操作不稳定等）、地面的不平整度以及辆地面相互作用耦合，会使产生车体跳起与颠簸、车轴跳起与颠簸的现象、从而使车辆与路面振动， 产生使路面受到随机动力荷载，即荷载大小随时间随机变化。,五、交通分析 1.交通量 交通量在一定时间间隔内各类车辆通过某一断面的数量。 年平均日交通量在一年365天内的交通量之和除以365天。 交通量调查方法直接记录、自动记录仪。 交通量年平均增长率 设计年限内累计交通量 2

7、.轴载组成与轴载换算 轴载换算道路上行驶的车辆轴载与通行次数可以按照等效原则换算为某一标准轴载的当量通行次数。 我国的标准轴载为BZZ-100。,轴载等效换算的原则同一种路面结构在不同轴 载作用下达到相同的损伤程度。 3轮迹横向分布 轮迹（车道）的横向分布：按一定规律分布在车道横断面上。 轮迹（车道）横向分布系数：对于路面横断面上某 一宽度（轮迹宽度和车道宽度）范围内的频率，也 即该宽度范围内所受到的车辆作用次数与通过该横断 面的总作用次数的比值。 影响因素：路面宽度和车道宽度、交通组织管理方 式（混合行驶、划线分车道行驶和分隔带（墩）分 车道行驶）、交通密度和交通组成。,第二节 环境因素影响

8、,环境因素影响主要表现在温度和湿度。 温度和湿度是对路基路面结构有重要影响的自然环 境因素。 路基土和路面材料的强度与刚度随路面结构内部温 度和湿度的变化有时会有大幅度的增减。 路基土和路面材料的体积随路面体系内的温度和 湿度升降而胀缩（胀缩因某种原因受到约束而不能 实现时，路基和路面结构内便会产生附加应力，即 温度应力和湿度应力）。,一、公路路面的温度状况 1 、影响机理 路基土和路面材料的体积会随着路基路面结构内部的温度的升降而产生膨胀和收缩。 由于温度在路基路面结构内部的变化沿深度方向是不均匀的，所以不同深度处胀缩的变化也是不同的。 当这种不均匀胀缩受到某种原因的约束而不能实现时，路基路

9、面结构内部就会产生附加应力，即温度应力，进而对路基路面产生破坏。,2、温度状况预估 路面结构内的温度状况，可通过在外部和内部影响 因素之间建立联系的方法来预估。 这种方法有两类，即统计方法和理论方法。 统计方法：就是在路面结构层的不同深处埋设测温元件，连续观测年循环内不同时刻的温度变化，同时收集当地的气象资料，包括对应的气温和辐射热等，对记录的路面温度和气象因素进行逐步回归分析。选择符合显著性检验要求的因素，分别建立不同深度处各种路面温度指标的回归方程式。 式中：Tmax路面某一深度处的最高温度，； Ta.max相应的日最高气温，； Q相应的太阳日辐射热，Jm2； a、 b、c 回归常数。,理

10、论法：是应用热传导理论方程式推演出各项气象资料和路面材料热物理特性参数组成的温度预估方程式。 通常由于参数确定的难度大，理论假设的理想化，预估的结果与实测结果有一定的差距。,3、影响温度变化的因素 影响路面结构内温度状况的因素很多，可分为外部和内部两类。 外部条件主要是气象条件，如太阳辐射、气温、 风速、降水量和蒸发量等。而其中，太阳辐射和气温是决定路面温度状况的二项最重要的因素。 内部因素则为路面各结构层材料的热物理特性参数，如热传导率、热容量和对辐射热的吸收能力等。,二、公路路面的湿度状况 1.对路基的影响 冻胀翻浆（与温度作用共同进行） 过大的湿度直接降低路基土的强度和稳定性 2.做好路

11、基路面排水的重要性,第三节 土基的力学强度特性,一、路基受力状况 路基承受着路基自重和汽车轮重这两种荷载。 在路基上部靠近路面结构的一定深度内，路基土主要承受车辆荷载的影响。正确的设计应保证路基所受的力在路基弹性限度以内，当车辆驶过后，路基能立即恢复原状，以保证路基的相对稳定，路面不致引起破坏。 汽车轮重：计算时，假定车轮荷载为一圆形均布垂 直荷载，路基为一弹性均质半空间体。 路基土在车轮荷载作用下所引起的垂直应力z可以用 近似如下公式计算。,P：一侧轮重荷载（kN）； K: 系数，一般取0.5； Z：荷载中心下应力作用点的深度（m）。路基土本身自重在路基内深度为Z处所引起的垂直压应力B按下式

12、计算： ：土的容重（kN/m3）； Z:应力作用点深度（m）。 路基内任一点处的垂直应力包括由车轮荷载引起的z和由土基自重引起的B。,二、路基工作区 概念：在路基某一深度Za处，当车轮荷载引起的垂直应力z与路基土自重引起的垂直应力相比所占比例很小，仅为11015时，该深度Za范围内的路基称为路基工作区。 确定：路基工作区深度Za可以用下式计算。,式中:Za路基工作区深度,m； p一侧轮重荷载,MPa； K系数，取0.5； 土的容重,kN/m3； n系数,n510。 在工作区范围内的路基,对于支承路面结构和车轮荷载影响较大,在工作区范围以外的路基,影响逐渐减小。 路基工作区内,土基的强度和稳定性

13、对保证路面结构的强度和稳定性极为重要,对工作区范围内的土质选择、路基的压实度应提出较高的要求。,三、路基土的应力一应变特性 1、路基土的非线性变形特性 土应力一应变的非线性特性由三轴压缩试验的结果表明： 土的变形包括弹性变形和塑性变形两部分 土是非线弹性： 具有塑性变形体 ：,2、土基的荷载弯沉关系 荷载作用下土基内的应力沿竖向和水平方向都是变化的，因而土基内各点的模量值是不同的。 目前路面设计而言，最关心的主要是土基表面的总变形（或总回弹变形）。压入承载板试验是研究土基荷载弯沉特性最常用的一种方法。把反映荷载弯沉关系的模量，看作土基一个当量的均匀模量值。 方法是以一定尺寸的刚性承载板置于土基

14、顶面,逐级加荷卸荷,记录施加于承载板上的荷载及由该荷载所引起的沉降变形,根据试验结果,可绘出土基顶面压应力与回弹变形的关系曲线。,根据弹性力学理论，通过试验测得的回弹变形可以计算土基的回弹模量： 式中：l承载板的回弹变形，m； D承载板的直径，m； E土体的回弹模量，kPa； 土体的泊松比； p承载板压强，kpa。,模量：初始切线模量切线模量割线模量回弹模量,3、土基的流变性质 土是具有流变性质材料：在荷载作用下的变形不仅与荷载大小有关，而且还与荷载作用时间有关。 回弹变形与荷载的作用时间关系不大，塑性变形与荷载的作用时间关系大，土的流变性主要同塑性变形有关。 车辆行驶时，车辆荷载对路基的作用

15、时间短，产生的塑性变形比静载长期作用下的塑性变形小得多。可以在一般情况下，不考虑土基的流变性质。,四、重复荷载对路基土的影响 土基在重复荷载作用下产生的塑性变形积累，最终将导致何种状况，主要取决于： （1）土的性质（类型）和状态（含水量、密实度、结构 状态）； （2）重复荷载的大小以重复荷载同一次静载下达到的极限强度之比来表示，即相对荷载； （3）荷载作用的性质，即重复荷载的施加速度，每次作用的持续时间以及重复作用的频率； （4）土基中侧向应力的大小。,重复荷载对土基的影响主要体现在塑性变形累积： （1）土体逐渐被压密,每次的塑性变形量逐渐减小,直至最后稳定,这种不会导致土体产生剪切破坏. （

16、2）每一次加载作用在土体中产生了逐步发展的剪切变形,形成能引起土体整体破坏的剪裂面,最后达到破坏。 在重复应力低于临界值的范围内,总应变的累积规律在半对数(或对数)坐标上一般呈线性关系,可表示为 1=a+blgN 式中：a 应力一次作用下的初始应变； b应变增长回归系数； N应力重复作用次数。,第四节 土基的承载能力,路基作为路面结构的基础，它的抵抗车轮荷载能力的大小，主要决定于路基顶面在一定应力级位下抵抗变形的能力。,用于表征土基承载力的主要参数指标： 回弹模量 地基反应模量 加州承载比(CBR),一、土基回弹模量,以回弹模量表征土基的承载能力，可以反映土 基在瞬时荷载作用下的可恢复变形性质

17、，因而可以 应用弹性理论公式描述荷载与变形之间的关系。 有两种承载板可以用于测定土基回弹模量： 、柔性压板：用柔性压板测定回弹模量，土基与压板之间的接触压力为常量，即：,承载板的挠度l(r)与坐标r有关，在压板中心处 (r0)，即： 在柔性压板边缘处ra，其挠度可以按下式计算：, 、刚性承载板: 板底接触压力则随r值的变化，成鞍形分布。其挠度值与接触压力p值可分别按下式计算。,在实际测定中，刚性承载板用得较多，因为它的挠度 易于测量，压力容易控制。 试验时宜采用逐级加载卸载法，每级增加0.04MPa 。 待卸载稳定1min后读取回弹弯沉值，再加下一级荷载。回弹变形值超过1mm时，则停止加载。可

18、点绘出荷载回弹弯沉曲线。 在曲线上选取合适的量值按下式进行计算。 式中：pi，li分别为各级荷载的单位压力与相对应的回弹弯沉值。,二、地基反应模量,用温克勒(EWinkler)地基模型描述土基工作状 态时，用地基反应模量K表征土基的承载力。 温克勒地基假定：土基顶面任一点的弯沉l，仅同 作用于该点的垂直压力p成正比，而同其相邻点处 的压力无关。 地基如同由许多各不相连的弹簧所组成（稠密液 体地基） 压力p与弯沉l之比称为地基反应模量K。,地基反应模量用承载板试验确定： 承载板的直径规定为76cm。 测定方法与回弹模量测定方法相类似，但是采取一次加载到位的方法。 施加荷载的量值根据不同的工程对象

19、，有两种方法供选用。 当地基较为软弱时：用0.127cm的弯沉量控制承载板的荷载。因为，通常情况下混凝土路面板的弯沉不会超出这一范围。 地基较为坚实：弯沉值难以达到0.127cm时，则采用另一种控制方法，以单位压力p70kPa控制承载板的荷载。,承载板直径的大小对其值有一定影响，直径越小，K值越大。 但是由试验得知，当承载板直径大于76cm时，其值的变化很小，因此规定以直径为76cm的承载板为标准。 当采用直径为30cm的承载板测定时，可按下式进行修正： K760.4K30,三、加州承载比(CBR),加州承载比是早年由美国加利福尼亚州提出的一种 评定土基及路面材料承载能力的指标。承载能力以 材

20、料抵抗局部荷载压入变形的能力表征，并采用高 质量标准碎石为标准，以它们的相对比值表示CBR 值。 CBR值有室内测试和现场测试。 室内要按施工现场的含水量和压实度成型圆柱形标准试件，在加载前要浸水4d。 室外测试结果受现场含水量和压实均匀性的影响，必须加以修正。,四、土基各强度指标之间的关系,回弹模量E0与地基反应模量k的关系 Ec水泥混凝土板的弹性模量，Mpa； h水泥混凝土板厚度，m；,回弹模量E与加州承载比CBR的关系 n为常数，一般为211之间 地基反应模量k与加州承载比CBR的关系：,第五节 路基的变形、破坏及防治,一、路基的主要病害 路基的主要病害有以下几种: 1、 路基沉陷 ：(

21、1)自身压缩沉陷 (2)天然地基承载力不足引起的沉陷。,2边坡滑塌：溜方、滑坡,3碎落和崩塌 4路基沿山坡滑动 5不良地质和水文条件造成的路基破坏,二、路基病害防治,为提高路基的稳定性，防治各种病害的产生，主要有以 下一些措施： 1正确设计路基横断面。 2选择良好的路基用土填筑路基，必要时对路基上层填土作稳定处理。 3采取正确的填筑方法，充分压实路基，保证达到规定 的压实度。 4适当提高路基，防止水分从侧面渗入或从地下水位上 升进入路基工作区范围。,5正确进行排水设计(包括地面排水、地下排水、路 面结构排水以及地基的特殊排水)。 6必要时设计隔离层隔绝毛细水上升，设置隔温层 减少路基冰冻深度和

22、水分累积，设置砂垫层以疏 干土基。 7采取边坡加固、修筑挡土结构物、土体加筋等防 护技术措施，以提高其整体稳定性。 以上各项技术措施的宗旨在于限制水分侵入路基，或使已侵路基的水分迅速排除，保持干燥，提高路基的整体强度与稳定性。,第六节路面材料的力学强度特性,路面所用材料的分类 (1)松散颗粒型材料及块料； (2)沥青结合料类； (3)无机结合料类。 这些材料按不同的成型方式(密实型、嵌挤型和稳定型)形成各种结构层。,一、抗剪强度,抗剪强度材料受剪切时的极限或最大应力 路面结构层因抗剪强度不足而产生破坏的情况有： (1)路面结构层厚度较薄，总体刚度不足，车轮荷载通过薄层结构传给土基的剪应力过大，

23、导致路基路面整体结构发生剪切破坏； (2)无结合料的粒料基层因层位不合理，内部剪应力过大而引起部分结构层产生剪切破坏； (3)面层结构的材料抗剪强度较低，如高气温条件下的沥青面层、级配碎石面层等，经受较大的水平推力时，面层材料产生纵向或横向推移等各种剪切破坏。,摩尔(MohrCoumbnb)强度理论，材料的抗剪强度 包括摩擦阻力和粘结力两部分组成，摩擦阻力同作用 在剪切面上的法向正应力成正比；粘结力为材料固有 性质，与法向正应力无关，即： 式中 抗剪强度，kPa； c材料的粘结力，kPa； 法向正应力，kPa； 材料的内摩阻角。 c和 是表征路面材料抗剪强度的两项参数，通过 直接剪切试验，绘出

24、-曲线后，按上式确定。,对于松散粒料无法进行直剪试验时，可以由三轴压 缩试验，绘制摩尔圆和相应的包络线，按上式直线 关系近似确定c、值。由于三轴试验较接近实际受力状态，因此得到广泛应用。 对于能作抗拉和无侧限抗压试验的材料，可以根据 抗拉强度t和抗压强度c推算c、值。,土和颗粒材料的抗剪强度是由矿质颗粒之间的摩擦、嵌挤以及毛细和吸附等作用形成的。其参数同颗粒的大小和形状、矿物成分和级配、密实度和含水量、受力条件等因素有关。 沥青混合料的抗剪强度不仅同矿料的级配组成、形状和表面特性有关，也同沥青的粘度和用量有关，还与试验温度、加荷速率等因素有关。混合料中的矿质粒料因有沥青涂敷，其摩阻力比纯粒料有

25、所下降。,二、抗拉强度,抗拉强度材料受拉时的极限或最大应力 沥青路面、水泥混凝土路面及各种半刚性基层在气温急骤下降时产生收缩，水泥混凝土路面和各种半刚性基层在大气湿度变化时，产生明显的干缩，这些收缩变形受到约束阻力时，将在结构层内产生拉力，当材料的抗拉强度不足以抵抗上述拉应力时，路面结构会产生拉伸断裂。 抗拉强度的测定通常用下列两种方法测定 ： 直接拉伸试验 间接拉伸试验（即劈裂试验）,抗拉强度主要由混合料中结合料的粘结力提供。 沥青混合料在常温下，抗拉强度，随沥青含量和加荷速率的增加而增加，随针入度和温度的增加而下降； 沥青混合料在负温下，抗拉强度随沥青针入度和温度的降低会略有下降； 水硬性

26、材料，影响抗拉强度的因素有集料（或土）组成、结合料含量和活性（或水灰比），伴制均匀性和压实程度，龄期。,三、抗弯拉强度,抗弯拉强度材料受弯拉时的极限或最大应力 路面材料的抗弯拉强度，大多通过简支小梁试验进行评定。小梁截面边长的尺寸应不低于混合料中集料最大粒径的4倍。通常采用三分点加载，材料的抗弯拉强度按下式计算： 式中：p破坏荷载，kN； l支点间距，m； b，h试件截面的宽度和高度，m。,四、应力一应变特性,1、颗粒材料 无结合料碎砾石材料 应力应变特性具有明显的非线性特征，即弹性模量Er，随偏应力d(1 3 )的增大而减小，随侧压力3的增大而增大。 采用三轴压缩试验进行测定。 2、水泥稳定

27、类材料的应力应变特性 水泥稳定材料的应力应变关系可以通过单轴或三 轴压缩试验或小梁弯曲试验得到。,应力应变关系也呈现出非线性状，模量是应力（偏应力和侧限应力）函数；在应力级位低于极限荷载的50%60%时，应力应变曲线可近似为线性的。 在不具备三轴压缩试验条件时，可以采用室内承载板法测定无机结合料混合料早期抗压回弹模量。,3、沥青混合料的应力应变特性 1)沥青混合料的应力应变关系 沥青及沥青混合料的应力应变关系具有随温度和荷载作用时间而变化的特性，具有粘弹性性状。 弹性应变加载或卸载时，立即产生或恢复的应变； 粘弹性应变应变随加载时间或卸载时间增加而增加或减少的应变； 塑性应变在卸载后应变不能恢

28、复的应变。 随施加荷载的大小和作用时间的不同，表现出不同的弹性性质、粘弹性性质和粘弹塑性性质。 沥青及沥青混合料的力学特性受温度与加载时间的影响较大。,2) 沥青混合料劲度模量 反映沥青和沥青混合料在给定温度和加荷时间条 件下的应力应变关系的参数，称为劲度。,式中： St,T劲度模量，kPa ； 施加的应力，kPa； 总应变； t荷载作用时间，s； T混合料试验温度，oC。,由沥青劲度试验曲线可以看出： （1）当加荷时间短或温度较低时，曲线接近水平，表明材料处于弹性状态。 （2）加荷时间很长或温度较高时，则表现为粘滞性状；中间过渡段兼有弹一粘性状态。 （3）各种温度条件下的曲线形状有相似性，只

29、是在水平方向有一个时间间隔。 （4）这表明温度对劲度的影响与加荷时间对劲度的影响具有等效互换性。,五、测定沥青混合料的劲度试验方法 1、蠕变模量试验 对沥青混合料试件施加恒定的单轴和三轴荷载测定试件的压缩应变随时间的增长。 荷载可以是静态的（大小随时间不变），也可以 是动态的（连续的正弦波形）或重复的（正弦或梯形） 波形，但各次脉冲之间有一段应力为零的间隙时间。,2、动态模量试验 对试件施加连续的正弦波形轴向应力 量测由此产生的正弦变化的轴向应变 复数模量或动态模量,3、回弹模量试验 对试件重复施加梯（矩）形或半正弦（三角）形 轴向应力或荷载，量测轴向回弹应变、径向回弹应变 或回弹挠度进行。

30、三轴压缩回弹模量 间接拉伸（劈裂）回弹模量 弯曲回弹模量,第七节 路面材料的累积变形与 疲劳特性,由于重复荷载作用引起的路面结构破坏极限状态,不同于最大极限荷载引起的破坏极限状态。 路面结构在荷载应力重复作用下，可能出现的破坏极限状态有二类：,第一类:若路面材料处于弹塑性工作状态，则重复荷载作用将引起塑性变形的累积，当累积变形超出一定限度时，路面使用功能将下降至允许限度以下，出现破坏极限状态； 第二类:路面材料处于弹性工作状态，在重复荷载作用下虽不产生塑性变形，但是结构内部将产生微量损伤，当微量损伤累积达到一定限度时，路面结构产生疲劳断裂，出现破坏极限状态。,一、累积变形,路面结构在车轮荷载重

31、复作用下因塑性变形累积而产生沉陷或车辙，是路面结构的主要病害。这种永久性的变形是路基路面各结构层材料塑性变形的综合。 1.碎、砾石混合料 碎、砾石混合料在重复应力作用下的塑性变形累积规律同细粒土相似。,2、沥青混合料 塑性应变量随重复作用次数的增加而增加的情况。温度越高，塑性应变累积量越大。 影响累积变形的因素，除了温度、施加应力大小以及加荷时间之外， 同集料的状况也有关系。,二、疲劳特性,对于弹性状态的路面材料承受重复应力作用时，可能在低于静载一次作用下的极限应力值时出现破坏，这种材料强度的降低现象称为疲劳。 疲劳的出现，是由于材料微结构的局部不均匀，诱发应力集中而出现微损伤，在应力重复作用

32、之下微量损伤逐步累积扩大，终于导致结构破坏，称为疲劳破坏。 疲劳强度在一定的重复作用次数下，材料结构出现疲劳破坏的重复应力值 疲劳寿命在一定的重复应力作用下，材料结构出现疲劳破坏的重复作用次数。,疲劳极限材料在应力重复作用一定次数(例如106107次)后，疲劳强度不再下降，趋于稳定值，此稳定值称为疲劳极限。当重复应力低于此值时，材料可经受无限多次的作用而不出现破坏。 研究疲劳特性的目的： 了解影响材料疲劳特性的因素，以便改进材料组成，提高其使用寿命。寻求材料的疲劳强度同反复应力作用次数间的定量关系（即疲劳方程），以便估计路面的疲劳寿命。,1.水泥混凝土及无机结合料处治混合料的疲劳性质,试验方法

33、：小梁试验应力比重复弯拉应力与一次加载得出的极限弯拉 应力(抗折强度) f值 之比； 疲劳曲线绘制应力比与重复作用次数的关系曲线规律； (1) 随着应力比的增大，出现疲劳破坏的重复作用次 数Nf降低； (2) 重复应力级位相同时，Nf的变动幅度较大，表明试验结果离散，但其概率分布基本符合对数正态分布，因此若要得到 可靠的均值必须进行大量的试验；,(3)通过回归分析，可得到描述应力比和作用次数关系的疲劳方程。在半对数坐标纸上，Nf102107之间呈直线型，可用下式表征： 式中：、由试验确定的系数，混凝土的性质和试验条件有关。 (4)当应力比 0.55时，重复作用次数为107，此时尚未发现有疲劳现

34、象； (5)当应力比0.75时，重复应力施加的频率对试验结果(即疲劳方程)的影响很微小,2. 沥青混合料的疲劳性质,有两种试验方法：控制应力和控制应变试验。 （1）控制应力试验是在试验过程中保持荷载或应力值始终不变，而应变量的增长速率不断增加；控制应力试验，材料的疲劳破坏往往以试件出现断裂为标志。 （2）控制应变试验，是在试验过程中不断调节所施加的荷载或应力值，使应变量始终保持不变，试验中材料的劲度仍不断下降，保持不变应变量所需要的力不断减小。,控制应变试验并不会出现明显的疲劳破坏现象，可以以劲度模量下降到初始模量值的50%作为疲劳破坏的标准。采用控制应力试验方法可以用以下方程估算材料的疲劳寿

35、命： 控制应变试验方法，也可得到同上式相似的疲劳方程式： 但是从试验结果看来，有同控制应力试验方法相反的规 律，即随着温度的升高(即劲度降低)，材料的疲劳寿命反而增加 。,两种试验方法得到不同的疲劳性状，其原因：在应力控制试验中，随材料劲度的降低，裂隙迅速扩展，而在应变控制试验中应力不断减小，裂隙的扩展便延续很长时间，材料的劲度越低，延续的时间越长，于是劲度低的材料，其疲劳寿命长。 一般,厚的面层(15cm以上),应采用控制应力试验方法；薄面层(5cm以下),应采用控制应变试验方法。,3、曼诺(Miner)定律,目前，常用曼诺在研究金属疲劳时所作出的假定来处理以上的问题：各级荷载作用下材料所出

36、现的疲劳损坏可以线性叠加。 假设某一级荷载Pi作用Ni次后使材料达到疲劳破坏，则该级荷载作用一次相当于消耗了材料疲劳寿命的1/Ni。,现有P1，P2，Pj 级荷载，分别作用N1，N2，Nj次后，材料均可达到疲劳破坏，而实际上各级荷载的作用次数分别为n1，n2，nj次，则相应于各级荷载消耗的材料疲劳寿命分别为 n1/ N1，n2/N2，nj/ Nj 。在各级荷载作用之下，材料的综合疲劳损伤为:,提高路面抗疲劳性能的措施：,合理的材料设计,合理的结构设计,课后思考1.在工程设计中，如何对接触压力进行简化。 2.怎样考虑运动车辆对道路的影响。 3.路基工作区怎样确定。 4.土基回弹模量怎样确定。 5.CBR是怎样确定的。6.路基破坏类型有哪几种？如何采取措施进行预防。 7.沥青混凝土和水泥混凝土疲劳性质有何区别。,