多轴组荷载作用下全柔性沥青路面结构疲劳损伤预估方法与流程

本发明公开多轴组荷载作用下全柔性沥青路面结构疲劳损伤预估方法，属于路面损伤预测。

背景技术：

1、随着国民经济和公路交通运输业的快速发展，高速重载成为了道路交通的发展趋势，重型车辆对路面的动荷载是造成路面早期破坏的一个主要原因，高速公路的静力法设计越来越难以满足要求。研究车辆荷载作用下路面的动力学行为，揭示路面的破坏机理，推动路面结构设计从静态向动态转化已成为目前道路界研究的热点问题之一。目前道路工作者在求解路面结构损伤时，由于理论分析和数值计算上的复杂性，一般将车辆荷载简化为当量标准轴载，这与实际交通荷载模式存在较大偏差，同时也未考虑实际车速、温度等环境的影响，造成路面结构疲劳损伤与实际严重不符，造成沥青路面结构设计和养护设计的不准确性，影响沥青路面结构的使用寿命。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供多轴组荷载作用下全柔性沥青路面结构疲劳损伤预估方法，以解决现有技术中，车辆荷载对路面结构的疲劳损伤影响难以确定的问题。

2、多轴组荷载作用下全柔性沥青路面结构疲劳损伤预估方法，包括：

3、s1.初拟路面结构组合，确定设计条件下的各层沥青混合料弯曲劲度模量ed；

4、s2.基于s1的各层沥青混合料弯曲劲度模量，结合结构验算层位的材料多温度多应变水平下的疲劳性能试验，构建路面结构沥青混合料层的疲劳开裂寿命预估模型；

5、s3.利用现场动态称重系统获取路面交通荷载参数，确定分析期内设计车道的累计重车交通量和轴载作用次数；

6、s4.根据交通荷载参数，确定各轴组不同荷载水平的作用次数；

7、s5.利用路面力学计算软件计算确定不同轴组荷载水平作用下的沥青层层底弯拉应变；

8、s6.根据路面结构沥青混合料层的疲劳开裂寿命预估模型和不同轴组荷载水平作用下的沥青层层底弯拉应变，计算不同轴组荷载作用下路面结构疲劳破坏次数；

9、s7.构建沥青路面结构疲劳损伤模型，确定沥青路面结构在分析期内重车交通量下的累积疲劳损伤；

10、s8.基于s7得到的沥青路面结构的累积疲劳损伤，确定路面结构允许重车交通量。

11、s1的设计条件包括：设计温度、设计频率和现场服役空隙率。

12、通过路面结构温度测量装置获取工程所属区域典型沥青路面的实测温度场数据，利用最小二乘法原理得到路面不同深度处温度的计算模型，再确定拟定沥青路面目标结构层厚度的等效温度，将等效温度作为设计温度。

13、沥青混合料层疲劳开裂寿命预估模型由四点弯曲疲劳试验确定，对不同类型沥青混合料进行四点弯曲疲劳试验，根据不同试验温度和应变水平下沥青混合料的疲劳寿命结果，推导出基于不同类型沥青混合料的疲劳寿命预估模型：

14、

15、获得沥青混合料层疲劳开裂寿命预估模型：

16、

17、式中，nlab为沥青混合料弯曲疲劳试验试件破坏时的疲劳寿命(次)；elab为试验频率和试验温度下的弯曲劲度模量(mpa)；εlab为四点弯曲疲劳试验的应变(με)；nf为沥青混合料层的疲劳开裂寿命(次)；ed为沥青混合料层材料的设计弯曲劲度模量(mpa)；ε为沥青混合料层层底弯拉应变(με)，由路面结构力学软件计算确定；k1～k5为拟合参数，沥青混合料的疲劳寿命预估模型求解出拟合参数，再带入沥青混合料层疲劳开裂寿命预估模型；β为沥青混合料层疲劳开裂可靠度因子，由公路等级和交通量大小确定。

18、s4中的轴组包括单轴单胎、单轴双胎、双联轴单胎、双联轴双胎、三联轴双胎和四联轴双胎。

19、利用路面力学计算软件计算确定不同轴组荷载水平作用下的沥青层层底拉应变包括：首先利用路面力学计算软件计算得到单轴单胎和单轴双胎下沥青层层底弯拉应变，然后根据下式确定交通荷载分布中所有轴组荷载的沥青层层底弯拉应变εij：

20、对于单轴单胎：

21、对于单轴双胎：其中，εij为i种轴组在j级荷载下的单轴轴载引起的沥青层底弯拉应变(με)；lij为施加在轴组i上的j级荷载；n为i种轴组的单轴数量；εss,53为单轴单胎施加荷载为53kn时沥青层层底弯拉应变(με)；εst,100为单轴双胎施加荷载为100kn时沥青层层底弯拉应变(με)；

22、计算不同轴组荷载作用下路面结构疲劳破坏次数nij包括：

23、

24、式中，nij为i种轴组在j级荷载下的路面结构疲劳破坏次数；n为i种轴组的单轴数量；β是沥青混合料层疲劳开裂可靠度因子，由公路等级和交通量大小确定；ed为由s1确定的沥青混合料层设计弯曲劲度模量(mpa)；εij为i种轴组在j级荷载下的单轴轴载引起的沥青层底弯拉应变(με)；k1～k5为拟合参数。

25、s7中，确定不同轴组、不同荷载水平作用下路面结构的疲劳损伤，各轴组不同荷载作用引起的路面结构疲劳损伤的总和即为路面结构在累计重车交通量的累积疲劳损伤，沥青路面结构疲劳损伤计算模型d为：

26、

27、其中，dij为i种轴组在j级荷载水平作用下路面结构的疲劳损伤；eij为i轴组j级荷载水平的累计重车作用次数；nij为i种轴组在j级荷载下的路面结构疲劳破坏次数。

28、相对比现有技术，本发明具有以下有益效果：结合多轴组荷载更好地对沥青路面结构的疲劳损伤进行预测，能够得到不同轴组在不同荷载下的路面结构疲劳破坏次数。

技术特征：

1.多轴组荷载作用下全柔性沥青路面结构疲劳损伤预估方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的多轴组荷载作用下全柔性沥青路面结构疲劳损伤预估方法，其特征在于，s1的设计条件包括：设计温度、设计频率和现场服役空隙率。

3.根据权利要求2所述的多轴组荷载作用下全柔性沥青路面结构疲劳损伤预估方法，其特征在于，通过路面结构温度测量装置准确获取工程所属区域典型沥青路面的实测温度场数据，利用最小二乘法原理得到路面不同深度处温度的计算模型，再确定拟定沥青路面目标结构层厚度的等效温度，将等效温度作为设计温度。

4.根据权利要求3所述的多轴组荷载作用下全柔性沥青路面结构疲劳损伤预估方法，其特征在于，沥青混合料层疲劳开裂寿命预估模型由四点弯曲疲劳试验确定，对不同类型沥青混合料进行四点弯曲疲劳试验，根据不同试验温度和应变水平下沥青混合料的疲劳寿命结果，推导出基于不同类型沥青混合料的疲劳寿命预估模型：

5.根据权利要求4所述的多轴组荷载作用下全柔性沥青路面结构疲劳损伤预估方法，其特征在于，s4中的轴组包括单轴单胎、单轴双胎、双联轴单胎、双联轴双胎、三联轴双胎和四联轴双胎。

6.根据权利要求5所述的多轴组荷载作用下全柔性沥青路面结构疲劳损伤预估方法，其特征在于，利用路面力学计算软件计算确定不同轴组荷载水平作用下的沥青层层底弯拉应变包括：

7.根据权利要求6所述的多轴组荷载作用下全柔性沥青路面结构疲劳损伤预估方法，其特征在于，计算不同轴组荷载作用下路面结构疲劳破坏次数nij包括：

8.根据权利要求7所述的一种考虑多轴组荷载作用的全柔性沥青路面结构疲劳损伤预估方法，其特征在于，s7中，确定不同轴组、不同荷载水平作用下路面结构的疲劳损伤，各轴组不同荷载作用引起的路面结构疲劳损伤的总和即为路面结构在累计重车交通量的累积疲劳损伤，沥青路面结构疲劳损伤计算模型d为：

技术总结
本发明公开多轴组荷载作用下全柔性沥青路面结构疲劳损伤预估方法，属于路面损伤预测技术领域，包括确定设计条件下的沥青路面各层沥青混合料弯曲劲度模量，结合结构验算层位的材料多温度多应变水平下的疲劳性能试验，构建路面结构沥青混合料层的疲劳开裂寿命预估模型，确定分析期内设计车道的累计重车交通量和轴载作用次数和各轴组不同荷载水平的作用次数；计算不同轴组荷载作用下路面结构疲劳破坏次数，确定沥青路面结构在分析期内重车交通量下的累积疲劳损伤，最后确定路面结构允许重车交通量。本发明结合多轴组荷载更好地对沥青路面结构的疲劳损伤进行预测，为路面结构的精准设计和养护维修提供重要指导。

技术研发人员：赵林,吴文娟,王扬,韦金城,高树增,张晓萌,徐希忠,刘姗,苏春华
受保护的技术使用者：山东高速建设管理集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1