一种基于不同荷载的沥青疲劳分析系统

本发明涉及建筑材料，具体为一种基于不同荷载的沥青疲劳分析系统。

背景技术：

1、沥青是由不同分子量的碳氢化合物及其非金属衍生物组成的黑褐色复杂混合物，是高黏度有机液体的一种，沥青是一种防水防潮和防腐的有机胶凝材料，多以柏油或焦油的形态存在，表面呈黑色，可溶于二硫化碳。其主要分为煤焦沥青、石油沥青和天然沥青三种，主要用于涂料、塑料、橡胶等工业以及铺筑路面等，疲劳破坏是沥青路面最主要的破坏形式之一，为了保证沥青路面具有良好的使用性与耐久性，世界各国沥青路面设计方法均以路面疲劳特性作为基本的设计原则，因此研究沥青混合料的疲劳特性意义重大，路面使用期间，在环境因素和车轮负载的重复作用下，损伤逐渐累积，路面结构强度会逐渐下降，当荷载作用次数超过一定次数之后，荷载作用下路面内产生的应力就会超过性能下降后的结构抗力，使路面出现裂纹，产生疲劳断裂破坏。

2、沥青路面由于行车轮载的反复作用会发生疲劳开裂，路面上的疲劳裂缝严重影响着道路行车的舒适和安全，沥青抗疲劳性能的优劣对于沥青路面抵抗疲劳裂缝的能力有着重要的贡献，现有技术中用于评价沥青胶砂疲劳性能的试验设备庞大、试验投资高、非动态荷载不能够代表路面实际受力状态的缺陷，存在诸多不足。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于不同荷载的沥青疲劳分析系统，解决了现有技术对于沥青疲劳度分析不便捷的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于不同荷载的沥青疲劳分析系统，包括分析系统，所述分析系统接收来自数据采集模块所采集的车辆特征参数和荷载参数数据，数据存储在数据库中，所述分析系统包括中央处理中心，所述中央处理中心接收数据接收模块从数据采集模块传输的数据，所述中央处理中心与裂缝扩展指数测试模块实现双向连接，并且中央处理中心的输入端与沥青强度屈服面测试模块的输出端连接。

3、优选的，所述中央处理中心的输出端与疲劳性能评价模块的输入端连接，并且中央处理中心与计算模块实现双向连接。

4、优选的，所述一种基于不同荷载的沥青疲劳分析系统，其分析方法具体包括以下步骤：

5、s1、基础数据采集：数据采集模块利用动态称重系统，采集和存储高速公路不同时段、不同车道以及不同车型的车辆特征参数和荷载参数，建立车辆特征和荷载参数数据库；

6、s2、沥青强度屈服面测试：通过沥青强度屈服面测试模块实现，对沥青进行不同加载速率的直接拉伸、间接拉伸和单轴压缩强度试验，得到不同加载速率下沥青强度屈服面；所述强度试验中，将沥青强度试验的试验结果，代入沥青屈服面响应模型，得到直接拉伸、间接拉伸和单轴压缩三种不同应力状态下的屈服面模型坐标；将三种应力状态下的屈服面结合起来得到不同加载速率下的沥青强度屈服面，其表达式为：

7、

8、s3、计算沥青分子柔度指数；裂缝扩展指数测试模块通过沥青胶砂试件在给定荷载循环次数n下的裂缝扩展指数δr(n)来评价沥青胶砂的疲劳性能，通过计算模块计算沥青分子柔度指数；

9、s4、通过耗能方法研究沥青疲劳度：疲劳性能评价模块通过耗散能方法研究沥青疲劳度，其公式为：

10、优选的，所述s1中，车辆特征参数包括车辆的车轴数量、车轴类型、车轴间距等，所述荷载参数是指各个车轴所对应的轴重。

11、优选的，所述s2中，沥青强度屈服面在不变量空间条件下进行，式中，表示强度屈服面，σij表示任意应力，θ表示罗德角，i1为第一应力张量不变量，j2为第二偏应力不变量，j3为第三偏应力不变量，pa为大气压力，α，β，γ，n，r为模型参数。

12、优选的，所述s3中，计算沥青中的分子柔度指数包括：根据分子结构模型中的总原子数以及分子结构边数，计算第一形状指数和第二形状指数；根据第一形状指数和第二形状指数，结合分子等价半径和杂原子对分子的影响，计算第一参数和第二参数；结合第一参数和第二参数，计算分子柔度指数。

13、优选的，所述s4中，rdeca表示在第a次加载中的耗散能变化率，dea表示在第a次加载中的耗散能，deb表示在第b次加载中的耗散能，a和b分别表示加载次数。

14、有益效果

15、本发明提供了一种基于不同荷载的沥青疲劳分析系统。与现有技术相比具备以下有益效果：该基于不同荷载的沥青疲劳分析系统，通过分析系统接收来自数据采集模块所采集的车辆特征参数和荷载参数数据，数据存储在数据库中，分析系统包括中央处理中心，中央处理中心接收数据接收模块从数据采集模块传输的数据，中央处理中心与裂缝扩展指数测试模块实现双向连接，并且中央处理中心的输入端与沥青强度屈服面测试模块的输出端连接，脱离了实验室试验操作的抗疲劳性能测试，通过定量表征沥青中微观分子的柔韧特性，来表征沥青粘合剂的宏观抗疲劳性能，可准确评估沥青材料抗疲劳性能，缩短了评估周期，提高了工作效率，降低了成本，结合了表面自由能试验和动态力学分析试验方法，使用应力-伪应变曲线围成的面积表征疲劳试件发生破坏后耗散能且可以消除时间效应，用来评价沥青的抗疲劳性能，预测沥青的疲劳寿命，提出疲劳扩展指标，用来模拟和预测疲劳开裂的扩展，与其他疲劳试验相比，本测试方法试验投资小、试验周期短、动态荷载下能够代表路面的实际受力状态。

技术特征：

1.一种基于不同荷载的沥青疲劳分析系统，包括分析系统(1)，其特征在于：所述分析系统(1)接收来自数据采集模块(2)所采集的车辆特征参数和荷载参数数据，数据存储在数据库(3)中，所述分析系统(1)包括中央处理中心(11)，所述中央处理中心(11)接收数据接收模块(12)从数据采集模块(2)传输的数据，所述中央处理中心(11)与裂缝扩展指数测试模块(13)实现双向连接，并且中央处理中心(11)的输入端与沥青强度屈服面测试模块(14)的输出端连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于不同荷载的沥青疲劳分析系统，其特征在于：所述中央处理中心(11)的输出端与疲劳性能评价模块(15)的输入端连接，并且中央处理中心(11)与计算模块(16)实现双向连接。

3.根据权利要求1-2所述的一种基于不同荷载的沥青疲劳分析系统，其特征在于：其分析方法具体包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的一种基于不同荷载的沥青疲劳分析系统，其特征在于：所述s1中，车辆特征参数包括车辆的车轴数量、车轴类型、车轴间距等，所述荷载参数是指各个车轴所对应的轴重。

5.根据权利要求3所述的一种基于不同荷载的沥青疲劳分析系统，其特征在于：所述s2中，沥青强度屈服面在不变量空间条件下进行，式中，表示强度屈服面，σij表示任意应力，θ表示罗德角，i1为第一应力张量不变量，j2为第二偏应力不变量，j3为第三偏应力不变量，pa为大气压力，α，β，γ，n，r为模型参数。

6.根据权利要求1所述的一种基于不同荷载的沥青疲劳分析系统，其特征在于：所述s3中，计算沥青中的分子柔度指数包括：根据分子结构模型中的总原子数以及分子结构边数，计算第一形状指数和第二形状指数；根据第一形状指数和第二形状指数，结合分子等价半径和杂原子对分子的影响，计算第一参数和第二参数；结合第一参数和第二参数，计算分子柔度指数。

7.根据权利要求1所述的一种基于不同荷载的沥青疲劳分析系统，其特征在于：所述s4中，rdeca表示在第a次加载中的耗散能变化率，dea表示在第a次加载中的耗散能，deb表示在第b次加载中的耗散能，a和b分别表示加载次数。

技术总结
本发明公开了一种基于不同荷载的沥青疲劳分析系统，包括分析系统，所述分析系统接收来自数据采集模块所采集的车辆特征参数和荷载参数数据，数据存储在数据库中，本发明涉及建筑材料技术领域。该基于不同荷载的沥青疲劳分析系统，脱离了实验室试验操作的抗疲劳性能测试，通过定量表征沥青中微观分子的柔韧特性，来表征沥青粘合剂的宏观抗疲劳性能，可准确评估沥青材料抗疲劳性能，缩短了评估周期，提高了工作效率，降低了成本，结合了表面自由能试验和动态力学分析试验方法，使用应力‑伪应变曲线围成的面积表征疲劳试件发生破坏后耗散能且可以消除时间效应，用来评价沥青的抗疲劳性能，预测沥青的疲劳寿命。

技术研发人员：邢宝东,武学军,许永明,李壮
受保护的技术使用者：盐城工学院
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25