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06交通荷载及路面设计参数.ppt

06交通荷载及路面设计参数

万里长城
2019-03-14 0人钱柜777手机版登陆 0 0 0 暂无简介 举报

简介:本文档为《06交通荷载及路面设计参数ppt》,可适用于工程科技领域

第六章交通荷载及路面设计参数SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科主要内容第一节交通荷载及其对路面的作用第二节标准轴载及轴载换算第三节路面材料设计参数SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科第一节交通荷载及其对路面的作用核心内容车辆的种类汽车的轴型汽车对道路的静态压力运动车辆对道路的动态影响交通分析SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科第一节交通荷载及其对路面的作用交通荷载汽车荷载既是路基路面的服务对象又是造成路基路面结构损伤的主要原因它是不断移动着的、具有振动和冲击影响的动荷载汽车荷载的特性包括:汽车轮重与轴重的大小与特性、车轴的布置、汽车轴载的时间分布特性、汽车静态与动态荷载特性等。SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科、车辆的种类道路上通行的汽车车辆主要分为客车与货车两大类。客车又分为小客车、中客车与大客车货车又分为整车、牵引式挂车和牵引式半挂车。汽车及其客货总重量通过车身传递到车轴再传递到车轮最终由轮胎传递到路面因此路面结构设计主要以轴重或者轮压来进行控制。SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科、汽车的轴型轴载--轴型分布单轴单轮单轴双轮双轴单轮双轴双轮多轴多轮SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科、汽车的轴型汽车的轴型SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科、汽车的轴型图不同轴型的货车示意图汽车的轴型简化图*SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科、汽车的轴型轴轮组与轴重:整车分前轴和后轴绝大部分车辆的前轴为两个单轮组成的单轴(轴载约为P)极少数汽车前轴为双轴单轮组(轴重约为P)。大部分货车后轴由双轮组组成有单轴、双轴和三轴等三种。SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科、汽车的轴型轮压与压圆轮胎对路面的静态压力大小与胎内压相接近压面近似为圆形d由p、P来计算p可近似取轮胎气压。SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科图车轮荷载计算图式a)单圆图式b)双圆图式汽车的轮压与压圆、汽车对道路的静态压力*SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科对于双轮组车轴可以按双圆考虑也可以按单圆对待其当量圆的直径计算如下:a)双圆荷载的当量圆半径delta:b)单圆荷载的当量圆直径D:、汽车对道路的静态压力荷载圆半径和直径*SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科道路上行驶的汽车除给路面施加垂直静压力外还施加水平力和振动力对路面固定点而言这种影响又具有瞬时性和重复性。图车轮作用于路面的垂直压力与水平压力a)停驻b)启动、一般行驶、加速c)减速、制动d)转向、运动车辆对道路的动态影响SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科)水平力:行车安全要求qmaxlepsdot其中为路表与车轮的附着系数它同路面类型与湿度以及行车速度有关。路表层水平力过大易导致推挤、拥包、波浪及车辙等病害。)振动力:振动轮载最大峰值与静载之比称为冲击系数设计路面时应以静轮载乘以冲击系数作为设计荷载。)瞬时作用及重复:路面点的车轮作用时间约为~s结构变形来不及呈现瞬时作用利于结构但多次重复作用又易使其疲劳。、运动车辆对道路的动态影响SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科路表与车轮的附着系数、运动车辆对道路的动态影响路面状况路面类型车速(kmh)干燥碎石mdashmdashmdashmdash沥青混凝土~mdashmdash~水泥混凝土~mdashmdash~潮湿碎石mdashmdashmdashmdash沥青混凝土~mdashmdash~水泥混凝土~mdashmdash~*SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科、运动车辆对道路的动态影响*SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科、运动车辆对道路的动态影响*SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科)交通调查与重复荷载交通量调查与分析:调查内容包括交通总量、车型分布、轴型轴载、实载率等有的还调查轴载谱分析主要是确定交通量年平均增长率并求算获得设计年限内累计交通量。对路面而言主要是轴重。轴载组成与轴载换算:不同轴载的作用次数的频率组成即为轴载谱各不同轴载应根据某一指标按其对路面结构的损伤作用的等效性换算成其它轴载的作用次数从而可使用标准轴载来综合累计。)轮迹横向分布:总轴载作用按一定规律分布于车道横断面的现象称为轮迹横向分布车道综合累计需考虑。、交通分析SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科、交通分析按轴型分类的车辆类别)交通调查与重复荷载序号轴型分布代表车型代号整车类中型货车(载重~T)跃进、解放、东风等U重型货车(载重T)黄河、罗曼、斯太尔等U大通、交通、太脱拉等U半挂类轴半挂车解放、东风等国产牵引车S轴半挂车斯堪尼亚、沃尔沃、斯太尔等进口牵引车或红岩、黄河等引进技术生产的牵引车S轴半挂车SS=轴半挂车geSSchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科、交通分析各类轴型示意图)交通调查与重复荷载轴型分类及代号轴型示意图整车类SingleUnitTruckUU半挂类SemiTractorTrailorSSSSSchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科、交通分析我国常用的汽车的路面设计参数)轴载谱SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科)轴载谱、交通分析轴载谱:不同轴载在道路上的比例关系*SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科)车辆荷载的轮迹横向分布、交通分析*SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科)车辆荷载的轮迹横向分布、交通分析*SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科第二节标准轴载及轴载换算核心内容交通量标准轴载轴载换算累计标准轴载作用次数标准轴载作用次数的调查与分析SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科、交通量年平均日交通量(AADT)交通量是指在单位时间内通过道路某一断面的交通实体数。我国的《公路工程技术标准》(JTGB)确定道路等级时规定的标准车是小客车即将混合交通量换算成为以小客车为标准的交通当量。初始年平均日交通量SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科、标准轴载选用标准轴载的原因作用在路面的设计荷载千变万化一般选用一种轴载作为路面结构设计的标准轴载其他各种轴载按照一定原则换算成标准轴载。标准轴载(EquivalentSingleAxleLoadESAL)根据实际选定的一种代表车型中国为单轴双轮称为BZZ轴重kN。美国为单轴双轮轴重kN标准轴载要求对路面的响应较大、又能反映本国公路运输运营车辆的总体轴载水平。SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科、标准轴载几个概念超载运输是车辆所装载货物超过车辆额定载货质量。超限运输指被运输的设备、构件或货物其外形尺寸、高度、重量、长度超过了交通部门所规定的范围。超载但不超限的车辆对路面的使用寿命有一定的影响超载且超限的车辆对路面的使用寿命有很大的影响有的甚至超过路面或桥梁结构的极限承载力使路面结构出现结构性破坏、使桥梁结构出现整体破坏、产生严重的安全事故。SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科轴载换算的基本原则:①等破坏原则:同一种路面结构在不同轴载作用下在使用末期达到相同的损伤程度(破坏状态)②等厚度原则:不同标准轴载设计的路面结构厚度相同。轴载换算系数公式:、轴载换算*SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科、轴载换算沥青路面轴载换算系数公式:SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科、轴载换算沥青路面轴载换算系数公式:SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科、轴载换算水泥混凝土路面轴载换算系数公式:SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科初始年平均日交通量N的计算设计年限内一个车道内的累计交通量、累计标准轴载作用次数*SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科、标准轴载作用次数的调查与分析调查方法地磅静态称重人工千斤顶称量移动式称重WIM(weighinmotion)WIM设备可以分成固定式和移动式两类SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科、标准轴载作用次数的调查与分析交通量增长率交通量增长率计算方法:回归T年交通量与年限的关系得到系数B然后由B计算得到增长率SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科、交通荷载分级分级原因由于不同等级道路承受不同的交通荷载作用为了判别道路承受荷载的轻重公路《沥青路面设计规范》和《公路水泥混凝土路面设计规范》分别进行了交通荷载等级的划分。具体分级SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科第三节路面材料设计参数核心内容概述无机结合料稳定材料沥青混合料水泥混凝土材料级配碎石SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科)主要材料类型①松散颗粒型材料granular②沥青结合类材料asphaltmixture③无机结合料类材料inorganicbindingmaterial④水泥混凝土材料cementconcrete由于材料(整体性材料和非整体性材料)的基本性质和成型方式的不同各种路面结构具有不同的力学强度特性(即应力应变关系)也使得路面具有不同的使用品质和使用寿命。、概述◆、路面材料的几种强度SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科)抗剪强度shearstrength三轴抗剪试验摩尔mdash库仑强度理论:=ctg直接抗剪试验PA(极限抗剪力抗剪面积)其中c和是表征路面材料抗剪强度的两项参数c是材料的黏聚力(kpa)是材料内摩阻角对于土可以通过直剪试验得到对于松散粒料无法做直接剪切试验可用三轴压缩试验测定。三轴试验确定cphi、概述SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科、概述)抗压强度compressivestrength无侧限的强度试验:指试样在无侧向压力条件下抵抗轴向压力的极限应力。材料经过标准成型和养生后通过无侧限抗压试验测定的强度。有侧限的强度试验:描述路面实际的三维状态。三轴试验钢管混凝土。SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科)抗拉强度tensilestrength气温变化会引起路面材料收缩湿度变化能产生半刚性材料干缩当收缩变形受到约束即在材料内产生拉应力材料抗拉强度不足即可引起路面结构拉伸断裂。路面材料的抗拉强度主要由混合料中的结合料粘结力提供采用直接拉伸或间接拉伸试验测定材料的抗拉强度。)抗弯拉强度flexiblestrength路面材料的实际工作状态是弯曲反复变化的结构层底首先容易出现局部拉裂、产生弯曲断裂。材料的抗弯拉强度一般采用简支梁三分点加载进行测定。、概述SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科、概述◆、路面材料的强度试验)抗压强度试验一般有大试件、中试件和小试件。小试件指Phimm*mm中试件指Phimm*mm大试件指Phimm*mm。SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科、概述)抗拉强度试验(直接拉伸试验和间接拉伸试验)①沥青和水泥混凝土间接抗拉强度试验②沥青混凝土抗弯拉强度试验③水泥混凝土抗弯拉强度试验mdash弯拉试验劈裂实验示意图SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科、概述直接拉伸间接拉伸试验①沥青和水泥混凝土间接抗拉强度试验*SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科我国《沥青及沥青混合料试验规程》中标准弯曲实验试件为mmtimesmmtimesmm的棱柱体小梁跨径mm。试验温度采用℃评价低温拉伸性能时宜采用℃。、概述②沥青混凝土抗弯拉强度试验弯曲实验有切口的弯曲实验*SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科mmtimesmmtimesmm的棱柱体梁图小梁试验加载图式(试验梁承压板支点顶杆千分表)、概述③水泥混凝土抗弯拉强度试验mdash弯拉试验)抗剪强度试验mdash讨论SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科、概述、疲劳概念疲劳:路面材料在循环加载下在某点或某些点产生局部损伤在一定循环次数后形成裂纹并进一步扩展直到完全断裂的现象称为疲劳。疲劳破坏:在低于材料强度极限的循环加载作用下材料发生破坏的现象称为疲劳破坏。疲劳强度:是指材料在多次循环加载作用下出现疲劳破坏所对应的应力(应变)称为疲劳强度或疲劳应变。材料、零件和构件在循环加载下在某点或某些点产生局部的永久性损伤并在一定循环次数后形成裂纹、或使裂纹进一步扩展直到完全断裂的现象。研究简史有记载的最早进行疲劳试验是德国的WA艾伯特。法国的JV彭赛列首先论述了疲劳问题并提出ldquo疲劳rdquo这一术语。但疲劳研究的奠基人则是德国的A沃勒他在世纪~年代最早得到表征疲劳性能的SN曲线并提出疲劳极限的概念。世纪年代PJE福赛思首先观察到疲劳过程中在滑移带内有金属薄片挤出的现象。随后N汤普孙等人发现这种滑移带不易用电解抛光去掉称为ldquo驻留滑移带rdquo。后来证明驻留滑移带常常成为裂纹源。年德国的JV帕姆格伦在估算滚动轴承寿命时假设轴承的累积损伤与其转动次数成线性关系。年美国MA迈因纳明确提出了疲劳破坏的线性损伤累积理论也称为帕姆格伦迈因纳定律简称迈因纳定律。此后断裂力学的进展丰富了传统疲劳理论的内容促进了疲劳理论的发展。用概率统计方法处理疲劳试验数据是世纪年代开始的。年代后期概率疲劳分析和设计从电子产品发展到机械产品于是在航空、航天工业的先导下开始了概率统计理论在疲劳设计中的应用。循环应力在工程上引起的疲劳破坏的应力或应变有时呈周期性变化有时是随机的。在疲劳试验中人们常常把它们简化成等幅应力循环的波形并用一些参数来描述。图中sigmamax和sigmamin是循环应力的最大和最小代数值gamma=sigmaminsigmamax是应力比sigmam=(sigmamaxsigmamin)是平均应力sigmaa=(sigmamax-sigmamin)是应力幅。当sigmam=时sigmamax与sigmamin的绝对值相等而符号相反gamma=-称为对称循环应力当sigmamin=时gamma=称为脉动循环应力。曲线SN曲线中的S为应力(或应变)水平N为疲劳寿命。SN曲线是由试验测定的试样采用标准试样或实际零件、构件在给定应力比gamma的前提下进行根据不同应力水平的试验结果以最大应力sigmamax或应力幅sigmaa为纵坐标疲劳寿命N为横坐标绘制SN曲线(图)。当循环应力中的sigmamax小于某一极限值时试样可经受无限次应力循环而不产生疲劳破坏该极限应力值就称为疲劳极限图中SN曲线水平线段对应的纵坐标就是疲劳极限。而左边斜线段上每一点的纵坐标为某一寿命下对应的应力极限值称为条件疲劳极限。疲劳特征零件、构件的疲劳破坏可分为个阶段:①微观裂纹阶段。在循环加载下由于物体的最高应力通常产生于表面或近表面区该区存在的驻留滑移带、晶界和夹杂发展成为严重的应力集中点并首先形成微观裂纹。此后裂纹沿着与主应力约成deg角的最大剪应力方向扩展裂纹长度大致在毫米以内发展成为宏观裂纹。②宏观裂纹扩展阶段。裂纹基本上沿着与主应力垂直的方向扩展。③瞬时断裂阶段。当裂纹扩大到使物体残存截面不足以抵抗外载荷时物体就会在某一次加载下突然断裂。对应于疲劳破坏的个阶段在疲劳宏观断口上出现有疲劳源、疲劳裂纹扩展和瞬时断裂个区(图)。疲劳源区通常面积很小色泽光亮是两个断裂面对磨造成的疲劳裂纹扩展区通常比较平整具有表征间隙加载、应力较大改变或裂纹扩展受阻等使裂纹扩展前沿相继位置的休止线或海滩花样瞬断区则具有静载断口的形貌表面呈现较粗糙的颗粒状。扫描和透射电子显微术揭示了疲劳断口的微观特征可观察到扩展区中每一应力循环所遗留的疲劳辉纹。疲劳寿命在循环加载下产生疲劳破坏所需应力或应变的循环次数。对零件、构件出现工程裂纹以前的疲劳寿命称为裂纹形成寿命。工程裂纹指宏观可见的或可检的裂纹其长度无统一规定一般在~毫米范围内。自工程裂纹扩展至完全断裂的疲劳寿命称为裂纹扩展寿命。总寿命为两者之和。因工程裂纹长度远大于金属晶粒尺寸故可将裂纹作为物体边界并将其周围材料视作均匀连续介质应用断裂力学方法研究裂纹扩展规律。由于SN曲线是根据疲劳试验直到试样断裂得出的所以对应于SN曲线上某一应力水平的疲劳寿命N是总寿命。在疲劳的整个过程中塑性应变与弹性应变同时存在。当循环加载的应力水平较低时弹性应变起主导作用当应力水平逐渐提高塑性应变达到一定数值时塑性应变成为疲劳破坏的主导因素。为便于分析研究常按破坏循环次数的高低将疲劳分为两类:①高循环疲劳(高周疲劳)。作用于零件、构件的应力水平较低破坏循环次数一般高于~的疲劳弹簧、传动轴等的疲劳属此类。②低循环疲劳(低周疲劳)。作用于零件、构件的应力水平较高破坏循环次数一般低于~的疲劳如压力容器、燃气轮机零件等的疲劳。实践表明疲劳寿命分散性较大因此必须进行统计分析考虑存活率(即可靠度)的问题。具有存活率p(如、、)的疲劳寿命Np的含义是:母体(总体)中有p的个体的疲劳寿命大于Np。而破坏概率等于(-p)。常规疲劳试验得到的SN曲线是p=的曲线。对应于各存活率的p的SN曲线称为pSN曲线。环境影响某些零件、构件是在高于或低于室温下工作或在腐蚀介质中工作或受载方式不是拉压和弯曲而是接触滚动等这些不同的环境因素可使零件、构件产生不同的疲劳破坏。最常见的有接触疲劳、高温疲劳、热疲劳和腐蚀疲劳。此外还有微动磨损疲劳和声疲劳等。①接触疲劳。零件在高接触压应力反复作用下产生的疲劳。经多次应力循环后零件的工作表面局部区域产生小片或小块金属剥落形成麻点或凹坑。接触疲劳使零件工作时噪声增加、振幅增大、温度升高、磨损加剧最后导致零件不能正常工作而失效。在滚动轴承、齿轮等零件中常发生这种现象。②高温疲劳。在高温环境下承受循环应力时所产生的疲劳。高温是指大于熔点以上的温度此时晶界弱化有时晶界上产生蠕变空位因此在考虑疲劳的同时必须考虑高温蠕变的影响。高温下金属的SN曲线没有水平部分一般用~次循环下不出现断裂的最大应力作为高温疲劳极限载荷频率对高温疲劳极限有明显影响当频率降低时高温疲劳极限明显下降。③热疲劳。由温度变化引起的热应力循环作用而产生的疲劳。如涡轮机转子、热轧轧辊和热锻模等常由于热应力的循环变化而产生热疲劳。④腐蚀疲劳。在腐蚀介质中承受循环应力时所产生的疲劳。如船用螺旋桨、涡轮机叶片、水轮机转轮等常产生腐蚀疲劳。腐蚀介质在疲劳过程中能促进裂纹的形成和加快裂纹的扩展。其特点有:SN曲线无水平段加载频率对腐蚀疲劳的影响很大金属的腐蚀疲劳强度主要是由腐蚀环境的特性而定断口表面变色等。发展趋势飞机、船舶、汽车、动力机械、工程机械、冶金、石油等机械以及铁路桥梁等的主要零件和构件大多在循环变化的载荷下工作疲劳是其主要的失效形式。因此疲劳理论和疲劳试验对于设计各类承受循环载荷的机械和结构成为重要的研究内容。疲劳有限寿命设计中进行寿命估算必须了解材料的疲劳性能以此作为理论计算的依据。由于疲劳寿命的长短取决于所承受的循环载荷大小为此还必须编制出供理论分析和全尺寸疲劳试验用的载荷谱再根据与各种疲劳相适应的损伤模型估算出疲劳寿命。疲劳理论的工程应用经历了从无限寿命设计到有限寿命设计有限寿命设计尚处于完善阶段。发展趋势是:①宏观与微观结合探讨从位错、滑移、微裂纹、短裂纹、长裂纹到断裂的疲劳全过程寻求寿命估算各阶段统一的物理力学模型。②研究不同环境下的疲劳及其寿命估算方法。③概率统计方法在疲劳中的应用如随机载荷下的可靠性分析方法以及耐久性设计等。疲劳材料承受交变循环应力或应变时所引起的局部结构变化和内部缺陷发展的过程。它使材料的力学性能下降并最终导致龟裂或完全断裂。SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科、概述疲劳极限:当重复荷载作用次数为无限大时的最大应力(应变)值即称为疲劳极限。疲劳寿命:材料在疲劳破坏时所作用的应力(应变)循环次数称为疲劳寿命疲劳曲线:将重复拉应力r与一次加载破坏的极限拉应力的比值(称为应力比)或重复拉应变epsilonr作为纵坐标绘制出rf或epsilonr与重复作用次数Nf的关系曲线即称为疲劳曲线。SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科、概述、沥青混凝土疲劳强度试验四点弯曲疲劳试验示意图SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科、无机结合料稳定材料①无机结合料稳定材料的无侧限抗压强度试验按照预定干密度和压实度用静力压实法制备试件、试件高:直径=:的圆柱体、养生时间为材料设计龄期(天)整个养生期间的温度应保持plusmn℃养生期的最后一天将试件浸泡在水中(水的深度应使水面在试件顶上约cm)、侧向没有围压时的单轴抗压强度。SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科、无机结合料稳定材料②无机结合料稳定材料的无侧限抗压回弹模量试验在养生期的最后一天首先将圆柱形试件的两个端面应用水泥净浆彻底抹平。然后将试件直立桌上在表面撒少量mm的细砂用直径打于试件的平面圆形钢板放在顶面加压旋转圆钢板使顶面齐平。最后将端面已经处理平整的试件浸水一昼夜进行养生。加载板上的计算单位压力的选定值:对于无机结合料稳定基层材料用MPa对于无机结合料稳定底基层材料,用~MPa实际加载的最大单位压力应略大于选定值。SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科、无机结合料稳定材料③无机结合料稳定材料劈裂强度试验(间接抗拉强度)试件的制作与无限抗压强度试验的试件制作相同只是在试验时在侧向测定试件的最大劈裂强度计算得到无机结合料稳定材料的劈裂强度。侧向加压时应放置压条并将试件横置在压条上同时在试件顶面也放一压条(上下压条与试件的接触线必须位于试件直径的两端并与升降台垂直)。压条采用半径与试件半径相同的弧面压条其长度应大于试件高度。劈裂实验示意图SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科、无机结合料稳定材料④无机结合料稳定材料的劈裂模量试验试件成型和加载要求与无侧限抗压回弹模量试验相同。要求在加载过程中每到一定荷载就读记一次形变在试件破坏前应能记录~次荷载和相应形变。然后将试件压至破坏读记破坏时的荷载和形变。并绘制单位压力与形变的关系曲线必要时对曲线进行修正。SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科、无机结合料稳定材料⑤无机结合料稳定材料疲劳强度试验通过试件施加重复应力进行试验可绘出应力比水平与重复荷载作用次数的关系曲线(疲劳曲线)并可回归出疲劳方程:rf=lgNf。疲劳试验方法劈裂疲劳试验(我国)小梁疲劳试验直接抗拉试验SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科二灰砂砾(小梁)应力强度比疲劳寿命曲线、无机结合料稳定材料SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科水泥砂砾(小梁)应力与强度比疲劳寿命曲线、无机结合料稳定材料SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科、无机结合料稳定材料⑥无机结合料稳定材料的设计参数疲劳参数未来我国基层疲劳方程式中:Nfmdashmdash无机结合料层疲劳寿命(次)sigmatmdashmdash无机结合料层的层底拉应力(MPa)Rsmdashmdash无机结合料稳定材料的弯拉强度(MPa)水泥稳定类、水泥-粉煤灰稳定类材料的龄期为d石灰稳定类、石灰粉煤灰稳定类材料的龄期为d。betamdashmdash可靠度指标根据公路等级按表取值SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科、无机结合料稳定材料⑦无机结合料稳定材料的设计参数模量参数计算SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科、无机结合料稳定材料⑦无机结合料稳定材料的设计参数模量参数计算讲解是可以参考本页的附图需要时可以用动画引入。SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科、无机结合料稳定材料⑧无机结合料稳定材料的设计参数模量参数建议值SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科、无机结合料稳定材料⑧无机结合料稳定材料的设计参数动态模量建议值示意图SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科、沥青材料①沥青混凝土的抗压试验沥青混合料的弯沉计算时抗压回弹模量的试验温度为℃、弯拉验算时抗压回弹模量的试验温度为℃、劈裂强度的试验温度也为℃。试验采用圆柱体试件其直径为mm高为mm试验加载的速率为mmmin。试件成型采用静压法、轮碾法、搓揉法和旋转压实成型法试件的密度应符合马歇尔标准击实密度%用于抗压强度试验的试件个数不得少于个用于抗压回弹试验的试件个数不得少于~个。对抗压强度要求以mmmin的加载速率均匀加载直至破坏由破坏荷载P和圆柱体试件的面积参数计算得出试件的抗压强度(MPa)。SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科、沥青材料②沥青混凝土的劈裂试验沥青混凝土的劈裂试验既可以为沥青路面设计提供设计参数也可以评价沥青混凝土的低温特性。当用于评价沥青混凝土的低温特性时的试验温度为℃(试验加载速率为mmmin)。我国沥青混凝土路面的设计参试采用静参数采用的试验温度为℃、试验加载速率为mmmin计算时相应的泊松比采用。试件马歇尔击实成型的方法、轮碾机成型的板体试件和道路现场钻孔试件。采用马歇尔击实成型的试件的尺寸要求为直径mm高为mm轮碾机成型的板体试件和道路现场钻孔试件的尺寸要求为直径mm或mm高为mm。SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科、沥青材料③沥青混凝土疲劳强度试验有控制应力与控制应变两种试验方法厚沥青路面宜采用控制应力的方法薄沥青路面宜采用控制应变的方法一般路面厚度可采取其中一种方法。目前一般建议采用控制应变的方法。式中:Nfmdashmdash沥青层疲劳寿命(次)hamdashmdash沥青层厚度(mm)betamdashmdash可靠度指标根据公路等级按表取值kTmdashmdash温度调整系数按附录C确定epsilonmdashmdash沥青层层底拉应变()Eamdashmdash沥青混合料℃时的回弹模量(MPa)VFAmdashmdash沥青混合料的沥青饱和度()。SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科、沥青材料④沥青混凝土材料的设计参数疲劳参数SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科、沥青材料⑤沥青混凝土材料的设计参数静态模量参数SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科、沥青材料⑥沥青混凝土材料的设计参数动态模量参数SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科、水泥混凝土材料①水泥混凝土抗折强度和水泥混凝土抗折弹性模量SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科、水泥混凝土材料①水泥混凝土抗折强度和水泥混凝土抗折弹性模量水泥混凝土抗折强度试件为直角棱柱体小梁标准试件尺寸为mm*mm*mm在标准条件下经养护d后按三分点处双点加载(图)测定其抗折强度(fcf)和抗折弹性模量。②疲劳参数SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科、水泥混凝土材料③水泥混凝土抗折强度和水泥混凝土抗折弹性模量参数值SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科、级配碎石)影响因素影响粒料层模量的因素以及变化趋势影响因素影响趋势粗集料比例比例越大模量越高密度密度越大模量越高碾压含水率提高到最大值然后降低应力水平应力水平越大模量越高使用期间含水率含水率越大模量越低龄期模量不变温度模量不变荷载作用速度模量不变SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科、级配碎石)无粘结材料试验方法及参数值①重复荷载三轴试验无粘结粒状材料的回弹反应通常是通过回弹模量和泊松比表现其特性。对于有恒定围压的重复荷载三轴试验。②无粘结材料参数取值SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科小组讨论交通荷载是路面设计的最主要参数请组成小组进行路段交通量调查统计分析轴载作用次数。调查时注意:如何获取轴载数据和轴载类型如何进行轴载分类统计。超载是我国道路交通的重要问题请结合习题到习题分析超载对路面的影响。对矿区重载道路请说明应该选择沥青混凝土路面还是选择水泥混凝土路面?SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科练习与讨论、为什么要进行车辆类型和轴载类型的分类?路面设计用的交通量和道路等级确定的交通量有何差别?、荷载对路面的作用有哪些?什么情况下用哪种荷载作用方式?、什么是标准轴载?我国用什么做为标准轴载?其他国家为什么用不同的标准轴载?、为什么要进行轴载换算?水泥混凝土路面很沥青混凝土路面如何进行轴载换算?、何谓路面设计累计当量轴次Ne?怎样确定?它在路面设计中有何用处?、不同轴载通行次数是按等效原理进行换算的请说明该ldquo等效原理rdquo的主要依据是什么?、碎砾石在不同偏应力下抵抗累积变形性能有何不同?SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科练习与讨论、请下表中的车辆类型按沥青路面要求进行轴载换算系数?、假如上表中的汽车载重超载%、%、%请再按沥青路面要求进行轴载换算系数?、请上表中的车辆类型按按水泥混凝土路面要求进行轴载换算系数?、假如上表中的汽车载重超载%、%、%请再按水泥混凝土路面要求进行轴载换算系数?SchoolofTransportationSoutheastUniversityChina东南大学道路与铁道工程国家重点学科练习与讨论、请结合规范分析无机结合料稳定材料路面设计参数的内容及测试要求。、请结合规范分析沥青混凝土材料路面设计参数的内容及测试要求。、请结合规范分析水泥混凝土材料路面设计参数的内容及测试要求。***********交通量增长率计算方法:回归T年交通量与年限的关系得到系数B然后由B计算得到增长率**材料、零件和构件在循环加载下在某点或某些点产生局部的永久性损伤并在一定循环次数后形成裂纹、或使裂纹进一步扩展直到完全断裂的现象。研究简史有记载的最早进行疲劳试验是德国的WA艾伯特。法国的JV彭赛列首先论述了疲劳问题并提出ldquo疲劳rdquo这一术语。但疲劳研究的奠基人则是德国的A沃勒他在世纪~年代最早得到表征疲劳性能的SN曲线并提出疲劳极限的概念。世纪年代PJE福赛思首先观察到疲劳过程中在滑移带内有金属薄片挤出的现象。随后N汤普孙等人发现这种滑移带不易用电解抛光去掉称为ldquo驻留滑移带rdquo。后来证明驻留滑移带常常成为裂纹源。年德国的JV帕姆格伦在估算滚动轴承寿命时假设轴承的累积损伤与其转动次数成线性关系。年美国MA迈因纳明确提出了疲劳破坏的线性损伤累积理论也称为帕姆格伦迈因纳定律简称迈因纳定律。此后断裂力学的进展丰富了传统疲劳理论的内容促进了疲劳理论的发展。用概率统计方法处理疲劳试验数据是世纪年代开始的。年代后期概率疲劳分析和设计从电子产品发展到机械产品于是在航空、航天工业的先导下开始了概率统计理论在疲劳设计中的应用。循环应力在工程上引起的疲劳破坏的应力或应变有时呈周期性变化有时是随机的。在疲劳试验中人们常常把它们简化成等幅应力循环的波形并用一些参数来描述。图中sigmamax和sigmamin是循环应力的最大和最小代数值gamma=sigmaminsigmamax是应力比sigmam=(sigmamaxsigmamin)是平均应力sigmaa=(sigmamax-sigmamin)是应力幅。当sigmam=时sigmamax与sigmamin的绝对值相等而符号相反gamma=-称为对称循环应力当sigmamin=时gamma=称为脉动循环应力。曲线SN曲线中的S为应力(或应变)水平N为疲劳寿命。SN曲线是由试验测定的试样采用标准试样或实际零件、构件在给定应力比gamma的前提下进行根据不同应力水平的试验结果以最大应力sigmamax或应力幅sigmaa为纵坐标疲劳寿命N为横坐标绘制SN曲线(图)。当循环应力中的sigmamax小于某一极限值时试样可经受无限次应力循环而不产生疲劳破坏该极限应力值就称为疲劳极限图中SN曲线水平线段对应的纵坐标就是疲劳极限。而左边斜线段上每一点的纵坐标为某一寿命下对应的应力极限值称为条件疲劳极限。疲劳特征零件、构件的疲劳破坏可分为个阶段:①微观裂纹阶段。在循环加载下由于物体的最高应力通常产生于表面或近表面区该区存在的驻留滑移带、晶界和夹杂发展成为严重的应力集中点并首先形成微观裂纹。此后裂纹沿着与主应力约成deg角的最大剪应力方向扩展裂纹长度大致在毫米以内发展成为宏观裂纹。②宏观裂纹扩展阶段。裂纹基本上沿着与主应力垂直的方向扩展。③瞬时断裂阶段。当裂纹扩大到使物体残存截面不足以抵抗外载荷时物体就会在某一次加载下突然断裂。对应于疲劳破坏的个阶段在疲劳宏观断口上出现有疲劳源、疲劳裂纹扩展和瞬时断裂个区(图)。疲劳源区通常面积很小色泽光亮是两个断裂面对磨造成的疲劳裂纹扩展区通常比较平整具有表征间隙加载、应力较大改变或裂纹扩展受阻等使裂纹扩展前沿相继位置的休止线或海滩花样瞬断区则具有静载断口的形貌表面呈现较粗糙的颗粒状。扫描和透射电子显微术揭示了疲劳断口的微观特征可观察到扩展区中每一应力循环所遗留的疲劳辉纹。疲劳寿命在循环加载下产生疲劳破坏所需应力或应变的循环次数。对零件、构件出现工程裂纹以前的疲劳寿命称为裂纹形成寿命。工程裂纹指宏观可见的或可检的裂纹其长度无统一规定一般在~毫米范围内。自工程裂纹扩展至完全断裂的疲劳寿命称为裂纹扩展寿命。总寿命为两者之和。因工程裂纹长度远大于金属晶粒尺寸故可将裂纹作为物体边界并将其周围材料视作均匀连续介质应用断裂力学方法研究裂纹扩展规律。由于SN曲线是根据疲劳试验直到试样断裂得出的所以对应于SN曲线上某一应力水平的疲劳寿命N是总寿命。在疲劳的整个过程中塑性应变与弹性应变同时存在。当循环加载的应力水平较低时弹性应变起主导作用当应力水平逐渐提高塑性应变达到一定数值时塑性应变成为疲劳破坏的主导因素。为便于分析研究常按破坏循环次数的高低将疲劳分为两类:①高循环疲劳(高周疲劳)。作用于零件、构件的应力水平较低破坏循环次数一般高于~的疲劳弹簧、传动轴等的疲劳属此类。②低循环疲劳(低周疲劳)。作用于零件、构件的应力水平较高破坏循环次数一般低于~的疲劳如压力容器、燃气轮机零件等的疲劳。实践表明疲劳寿命分散性较大因此必须进行统计分析考虑存活率(即可靠度)的问题。具有存活率p(如、、)的疲劳寿命Np的含义是:母体(总体)中有p的个体的疲劳寿命大于Np。而破坏概率等于(-p)。常规疲劳试验得到的SN曲线是p=的曲线。对应于各存活率的p的SN曲线称为pSN曲线。环境影响某些零件、构件是在高于或低于室温下工作或在腐蚀介质中工作或受载方式不是拉压和弯曲而是接触滚动等这些不同的环境因素可使零件、构件产生不同的疲劳破坏。最常见的有接触疲劳、高温疲劳、热疲劳和腐蚀疲劳。此外还有微动磨损疲劳和声疲劳等。①接触疲劳。零件在高接触压应力反复作用下产生的疲劳。经多次应力循环后零件的工作表面局部区域产生小片或小块金属剥落形成麻点或凹坑。接触疲劳使零件工作时噪声增加、振幅增大、温度升高、磨损加剧最后导致零件不能正常工作而失效。在滚动轴承、齿轮等零件中常发生这种现象。②高温疲劳。在高温环境下承受循环应力时所产生的疲劳。高温是指大于熔点以上的温度此时晶界弱化有时晶界上产生蠕变空位因此在考虑疲劳的同时必须考虑高温蠕变的影响。高温下金属的SN曲线没有水平部分一般用~次循环下不出现断裂的最大应力作为高温疲劳极限载荷频率对高温疲劳极限有明显影响当频率降低时高温疲劳极限明显下降。③热疲劳。由温度变化引起的热应力循环作用而产生的疲劳。如涡轮机转子、热轧轧辊和热锻模等常由于热应力的循环变化而产生热疲劳。④腐蚀疲劳。在腐蚀介质中承受循环应力时所产生的疲劳。如船用螺旋桨、涡轮机叶片、水轮机转轮等常产生腐蚀疲劳。腐蚀介质在疲劳过程中能促进裂纹的形成和加快裂纹的扩展。其特点有:SN曲线无水平段加载频率对腐蚀疲劳的影响很大金属的腐蚀疲劳强度主要是由腐蚀环境的特性而定断口表面变色等。发展趋势飞机、船舶、汽车、动力机械、工程机械、冶金、石油等机械以及铁路桥梁等的主要零件和构件大多在循环变化的载荷下工作疲劳是其主要的失效形式。因此疲劳理论和疲劳试验对于设计各类承受循环载荷的机械和结构成为重要的研究内容。疲劳有限寿命设计中进行寿命估算必须了解材料的疲劳性能以此作为理论计算的依据。由于疲劳寿命的长短取决于所承受的循环载荷大小为此还必须编制出供理论分析和全尺寸疲劳试验用的载荷谱再根据与各种疲劳相适应的损伤模型估算出疲劳寿命。疲劳理论的工程应用经历了从无限寿命设计到有限寿命设计有限寿命设计尚处于完善阶段。发展趋势是:①宏观与微观结合探讨从位错、滑移、微裂纹、短裂纹、长裂纹到断裂的疲劳全过程寻求寿命估算各阶段统一的物理力学模型。②研究不同环境下的疲劳及其寿命估算方法。③概率统计方法在疲劳中的应用如随机载荷下的可靠性分析方法以及耐久性设计等。疲劳材料承受交变循环应力或应变时所引起的局部结构变化和内部缺陷发展的过程。它使材料的力学性能下降并最终导致龟裂或完全断裂。式中:Nfmdashmdash无机结合料层疲劳寿命(次)sigmatmdashmdash无机结合料层的层底拉应力(MPa)Rsmdashmdash无机结合料稳定材料的弯拉强度(MPa)水泥稳定类、水泥-粉煤灰稳定类材料的龄期为d石灰稳定类、石灰粉煤灰稳定类材料的龄期为d。betamdashmdash可靠度指标根据公路等级按表取值讲解是可以参考本页的附图需要时可以用动画引入。式中:Nfmdashmdash沥

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