CN109001058A - 一种半刚性基层芯样疲劳试验方法 - Google Patents

一种半刚性基层芯样疲劳试验方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种半刚性基层芯样疲劳试验方法，通过获取两个为一组的半圆形试件，以其中一个半圆形试件半圆劈裂试验后得到的峰值力为基准，对另一个半圆形试件进行不同应力比模式下半圆弯拉疲劳试验并记录荷载重复次数，最后通过绘制应力比‑荷载重复次数的单对数曲线图，由此获得半圆弯拉疲劳方程，进一步准确评价了半刚性基层的长期性能，让操作者可以预测半刚性基层的疲劳寿命，更加符合路面真实受力状态，整套方法操作简单，对路面伤害小，节约成本，克服了现有技术中没有将操作性、经济性与路面真实受力状态模拟相结合的问题，综合性更强。

Description

一种半刚性基层芯样疲劳试验方法
所属领域
本发明涉及交通运输技术领域，尤其涉及一种针对半刚性基层现场取芯试件半圆弯曲疲劳试验方法。
背景技术
随着我国高速公路建设的不断发展，无机结合料稳定类基层材料在交通运输工程中得到了广泛的推广与应用，无机结合料稳定材料的刚度介于柔性路面材料和刚性路面材料之间，因而常被称之为半刚性材料，这其中，半刚性基层沥青路面结构层板体性好、承载力大、原材料来源广、造价低廉、抗车辙能力强、水稳定性好、抗冲刷能力强，作为代表性的半刚性材料被广泛应用于我国高速公路的基层和底基层。
半刚性基层强度、刚度较大，是路面结构中承受荷载作用的主要结构层。在行车方向上，半刚性基层主要受弯拉疲劳荷载作用，而半刚性材料的抗拉强度远小于其抗压强度，在弯拉应力的反复作用下，基层产生拉应力过大，从而易造成疲劳破坏。现有的半刚性基层疲劳试验主要有圆柱体试件劈裂疲劳试验和梁式试件四点弯曲疲劳试验两种，针对现场芯样，劈裂试验所需芯样尺寸较大，成本较高，而小梁试验取样难度较大，受力模式单一，因而现有的半刚性基层疲劳试验方法无法满足路面真实受力状况的需求，没有将操作性、经济性与路面真实受力状态模拟相结合，不能准确评价半刚性基层的长期性能，难以预测其疲劳寿命。
发明内容
本发明正是针对现有技术中不能准确评价半刚性基层的长期性能，难以准确预测其疲劳寿命的问题，提供了一种半刚性基层芯样疲劳试验方法，通过获取两个为一组的半圆形试件，以其中一个半圆形试件半圆劈裂试验后得到的峰值力为基准，对另一个半圆形试件进行不同应力比模式下半圆弯拉疲劳试验并记录荷载重复次数，最后通过绘制应力比-荷载重复次数的单对数曲线图，由此获得半圆弯拉疲劳方程，进一步准确评价了半刚性基层的长期性能，让操作者可以预测半刚性基层的疲劳寿命，更加符合路面真实受力状态，整套方法操作简单，对路面伤害小，节约成本，克服了现有技术中没有将操作性、经济性与路面真实受力状态模拟相结合的问题，综合性更强。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种半刚性基层芯样疲劳试验方法，包括以下步骤：
S1，获取半刚性基层芯样，将芯样切割为半圆形试件，所述半圆形试件两个为一组；
S2，对一个半圆形试件进行半圆劈裂试验，得到峰值力F以及半圆劈裂强度σSCB；
S3，根据步骤S2中的试验结果峰值力F为基准，对一组中的另一个半圆形试件进行不同应力比模式下半圆弯拉疲劳试验，直至半圆形试件被破坏，记录荷载重复次数；
S4，多次重复步骤S1-S3，记录不同应力比模式下的荷载重复次数；
S5，绘制应力比-荷载重复次数的单对数曲线图，获得半圆弯拉疲劳方程其中σ/S为应力比，N为荷载重复次数，a,b为拟合参数。
作为本发明的一种改进，所述步骤S2中半圆劈裂试验采用控制位移的三点静压试验，半圆劈裂强度σSCB：
其中：σSCB为半圆劈裂强度；F为峰值力；l为支座间距；h为半圆形试件高度；D为半圆形试件厚度。
作为本发明的一种改进，所述步骤S2中三点静压试验支座间距为半圆形试件厚度的80％，即l＝0.8D。
作为本发明的又一种改进，所述步骤S1将芯样切割为半圆形试件的步骤进一步包括：
S11，获取圆柱体半刚性基层芯样试件；
S12，将圆柱体试件切割为圆片状；
S13，沿圆片状试件的直径切割为两个一组的半圆形试件。
作为本发明的另一种改进，所述半圆形试件高度和厚度选取不同位置多次测量，取测量结果的平均值。
作为本发明的更进一步改进，所述半圆形试件高度为50mm的整数倍，直径为150mm。
作为本发明的更进一步改进，所述步骤S3半圆弯拉疲劳试验采用半正弦波荷载加载，0.1s总加载时间的应力控制模式进行。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明在受力方面兼有受拉、剪切力作用，相较于已有的基层疲劳试验更接近于路面真实受力状况；
2、本发明所需试件制备或取样方法简单，且芯样利用率较高，对路面损害较小，节省成本；
3、本发明所需试件尺寸较小，便于试验操作。
4、本发明以同一圆片试件切割而成的两个半圆形试件为一对，以其中一个试件的半圆劈裂峰值力为基准，记录另一个半圆形试件的荷载重复值，试验更加精准，最大程度的减少了试件本身特性带来的误差因素，试验数据更加可靠稳定。
5、本发明半圆形试件高度和厚度选取不同位置多次测量，取测量结果的平均值，进一步提到了试验的精确性，经过多次试验后发现，试件高度采用50mm的整数倍，直径采用150mm，更加便于试件成型，满足取芯要求。
6.本发明中特别限定的半圆弯拉疲劳试验采用半正弦波荷载加载，0.1s总加载时间的应力控制模式，能够有效模拟车辆动态荷载对路面基层的作用，效果更佳。
附图说明
图1为本发明半刚性基层试件半圆弯曲疲劳试验方法的示意图；
图2为路面基层芯样半圆弯曲疲劳试验位移-加载次数曲线；
图3为半刚性基层半圆弯曲疲劳方程曲线。
具体实施方式
以下将结合附图和实施例，对本发明进行较为详细的说明。
实施例1
一种半刚性基层芯样疲劳试验方法，包括以下步骤：
S1，获取半刚性基层芯样，将芯样切割为半圆形试件，所述半圆形试件两个为一组；
首先，试验成型或现场取芯获得半刚性基层圆柱体试件，要求试件直径为150mm，试件高度可根据试验量要求为50mm整数倍，将圆柱体试件按50mm高度切割为若干圆片状，并将圆片沿直径方向切割为两两对应的半圆试件，此时得到两个半圆形试件。切割时应注意半圆试件两角处完整性，若出现集料缺损现象，宜采用水泥静浆填平，防止应力集中。
S2，对一个半圆形试件进行半圆劈裂试验，得到峰值力F以及半圆劈裂强度σSCB；
将其中一个半圆试件按图1方式放置，所用仪器宜采用UTM-25及以上万能试验机或可控制加载速率的压力机，进行三点静压劈裂试验，直至试件由底部中心处开裂，记录其峰值力F，并按下式计算半圆劈裂强度σSCB：
其中：σSCB为半圆劈裂强度；F为峰值力；l为支座间距；h为半圆形试件高度；D为半圆形试件厚度，即圆柱体试件的直径值。
根据力学计算分析，当三点静压试验支座间距为半圆形试件厚度的80％，即l＝0.8D＝120mm时，此试验模式下试件受力状态最接近于路面实际受力状态。
S3，根据步骤S2中的试验结果峰值力F为基准，对一组中的另一个半圆形试件进行不同应力比模式下半圆弯拉疲劳试验，直至半圆形试件被破坏，记录荷载重复次数；
将对应的另一个半圆形试件进行应力控制的半圆弯拉疲劳试验，直至试件开裂。试验时，为消除支点处应力集中，宜采用胶布或其他软质材料进行适当包裹，保证试件底部平整的同时，起到缓冲、分散应力作用。加载宜采用半正弦波荷载，0.1s总加载时间的应力控制模式，能够有效模拟车辆动态荷载对路面基层的作用。图2为现场路面水泥稳定碎石基层芯样半圆弯拉疲劳试验的荷载重复次数与顶部竖向位移关系曲线，应力疲劳比为0.7，即重复荷载值与步骤3中峰值力F比值为0.7。
S4，记录试件破坏时的荷载重复次数N，重复步骤S1-S3，改变应力比，记录对应荷载重复次数；
S5，绘制应力比-荷载重复次数的单对数曲线图，如图3所示，获得半刚性基层半圆弯拉疲劳方程为：
其中σ/S为应力比，N为荷载重复次数，a,b为拟合参数，此处的a＝-0.0422,即图3半圆弯曲疲劳方程的斜率，b＝0.8433，即图3半圆弯曲疲劳方程的斜距。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实例的限制，上述实例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (7)

1.一种半刚性基层芯样疲劳试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，获取半刚性基层芯样，将芯样切割为半圆形试件，所述半圆形试件两个为一组；
S2，对一个半圆形试件进行半圆劈裂试验，得到峰值力F以及半圆劈裂强度σSCB；
S3，根据步骤S2中的试验结果峰值力F为基准，对一组中的另一个半圆形试件进行不同应力比模式下半圆弯拉疲劳试验，直至半圆形试件被破坏，记录荷载重复次数；
S4，多次重复步骤S1-S3，记录不同应力比模式下的荷载重复次数；
S5，绘制应力比-荷载重复次数的单对数曲线图，获得半圆弯拉疲劳方程其中σ/S为应力比，N为荷载重复次数，a,b为拟合参数。
2.根据权利要求1所述的一种半刚性基层芯样疲劳试验方法，其特征在于，所述步骤S2中半圆劈裂试验采用控制位移的三点静压试验，半圆劈裂强度σSCB：
其中：σSCB为半圆劈裂强度；F为峰值力；l为支座间距；h为半圆形试件高度；D为半圆形试件厚度。
3.根据权利要求2所述的一种半刚性基层芯样疲劳试验方法，其特征在于，所述步骤S2中三点静压试验支座间距为半圆形试件厚度的80％，即l＝0.8D。
4.根据权利要求1所述的一种半刚性基层芯样疲劳试验方法，其特征在于，所述步骤S1将芯样切割为半圆形试件的步骤进一步包括：
S11，获取圆柱体半刚性基层芯样试件；
S12，将圆柱体试件切割为圆片状；
S13，沿圆片状试件的直径切割为两个一组的半圆形试件。
5.根据权利要求4所述的一种半刚性基层芯样疲劳试验方法，其特征在于，所述半圆形试件高度和厚度选取不同位置多次测量，取测量结果的平均值。
6.根据权利要求5所述的一种半刚性基层芯样疲劳试验方法，其特征在于，所述半圆形试件高度为50mm的整数倍，直径为150mm。
7.根据上述任一权利要求所述的一种半刚性基层芯样疲劳试验方法，其特征在于，所述步骤S3半圆弯拉疲劳试验采用半正弦波荷载加载，0.1s总加载时间的应力控制模式进行。
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