车辙曲线确定沥青混合料黏弹性参数的方法及应用.pdf
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1、19Municipal EngineeringTianjin Construction Science and Technology2023年8 月市政工程第3 3 卷第4 期天津建设科技车辙曲线确定沥青混合料黏弹性参数的方法及应用陈家旭(天津市交通科学研究院,天津3 0 0 3 0 0)【摘要】:针对沥青混合料黏弹性参数获取困难的问题,利用Origin8.0工具通过车辙试验曲线拟合获得修正的Burgers模型参数并将其转化为Prony级数参数形式。计算结果表明:该方法拟合精度较高,可以较精确地描述沥青混合料永久变形的变化规律,能够准确预估沥青混合料的动稳定度。【关键词】:道路工程;黏弹性参数
2、;车辙试验;沥青混合料【中图分类号】:U414【文献标志码】C【文章编号】:1 0 0 8-3 1 9 7(2 0 2 3)0 4-1 9-0 3【D O I 编码】:1 0.3 9 6 9/j.issn.1008-3197.2023.04.006Method and Application of Determining Viscous-elastic Parameters of AsphaltMixtureRuttingTestCurveCHENJiaxu(Tianjin Institute of Transportation Science,Tianjin 300300,China)Abs
3、tract:It is often difficult to obtain viscoelastic parameters.Therefore,this paper uses Origin8.0 tool to obtain themodified Burgers model parameters through rutting test curve fitting,and converts them into the form of Pronyseries parameters.The calculation results show that this method has high fi
4、tting accuracy and can accuratelydescribe the change law of permanent deformation of asphalt mixture,and can accurately predict the dynamicstability of asphalt mixture,which has good practical value.Key words:road engineering;viscoelastic parameters;rutting test;asphalt mixture车辙是高等级道路常见的病害,是黏弹性永久变形
5、积累;沥青层厚度越大,车辙越深。沥青混合料的黏弹性分析是进行车辙预估的必要手段 4,通常采用单轴动态蠕变试验来获得沥青混合料的黏弹性参数;但是该试验设备尚未普及,参数获取较为麻烦,而且高温蠕变试验变形量较大,不容易成功。文献 5 首次利用车辙试验结合Burgers模型推导了黏弹性参收稿日期:2 0 2 2-0 8-0 1作者简介:陈家旭(1 9 9 0 一),男,工程师,从事道路工程试验检测与技术咨询工作。数,但是所选用的模型黏弹性参数较少,也未转化成通用有限元软件分析所必需的Prony级数参数形式。本文利用Origin8.0工具采用车辙试验曲线拟合得到修正的Burgers模型参数并将其转化为
6、Prony级数参数形式,为沥青混合料的粘弹性分析提供了一种研究思路。1利用车辙试验曲线确定沥青混合料黏弹性参数的可行性1)试验曲线具有相似性。车辙试验曲线与常用的单轴动态蠕变试验曲线具有高度相似性。见图1。20Municipal Engineering天津建设科技第3 3 卷第4 期市政工程0.080.070.06一一6 0 单轴动态蠕变试验曲线0.050.04一6 0 车辙试验曲线0.030.020.0105001 0001.500200025003.000作用次数/次图1单轴动态蠕变试验曲线与车辙试验曲线对比从试验原理分析,车辙试验也可以视为一种高温蠕变的过程;因此,采用车辙试验来获得沥青
7、混合料的黏弹性参数具有一定的可行性。2)动稳定度与黏弹性参数之间存在明确关系。文献 5 和文献 6 推导出了动稳定度与黏弹性参数的相关关系NC,C,(t2-t)DS=ho。X(1)1-e-Bi2/AB+e-E:f/n:-BIE212/n2/E,ee式中:DS为动稳定度;Q。为初始应力,一般取0.7MPa;N为车辙试验轮往返碾压速度,通常为0.7 次/s;C,为试验机类型修正系数,曲柄连杆驱动试件的变速行走方式为1.0,链驱动试验轮的等速方式为1.5;C2为试件系数,试验室制备的宽3 0 0 mm试件为1.0,从路面切割的宽1 5 0 mm试件为0.8;h为车辙板厚,一般取5 0 mm;t,为动
8、稳定度计算的起始时间,取2 7 0 0 s;t2为动稳定度计算的终止时间,取3 6 0 0 s;A为修正的Burgers模型参数,MPa;B为修正的Burgers模型参数,s;E,为修正的Burgers模型参数,MPa;n,为修正的Burgers模型参数,MPas。说明动稳定度与黏弹性参数间存在明确关系;同时,也表明车辙曲线与黏弹性参数之间存在着十分紧密的关系。2利用车辙试验曲线确定沥青混合料黏弹性参数的方法2.1黏弹性模型目前可以较好描述沥青混合料高温变形规律的黏弹性力学模型是“四单元、五参数模型”,即修正的Burgers模型。见图2。EEn,=Ae&n2图2修正的Burgers模型该模型的
9、加载方程为1B1(t)=0 J(t)=00e1EABE(2)式中:(t)为时刻t产生的应变;J(t)为蠕变柔量;t为时间;E,Ez,A,B,n,为修正的Burgers模型参数。2.2计算步骤1)按照规范8 方法进行车辙试验,导出车辙板试验曲线的生成数据2)将变形量d除以车辙板厚度h转变为竖向应变(t)。3)将竖向应变s(t)除以竖向应力。(取0.7 MPa)转变为蠕变柔量J(t)。4)利用Origin8.0软件对修正的Burgers模型进行非线性拟合。(1)修正的Burgers模型自定义点击菜单栏AnalysisFittingNonlinearCurveFit.弹出NLFit对话框。进人NLF
10、it对话框Settings选项卡,选择Func-tion右侧的下拉菜单,选择最下方,弹出新建自定义函数对话框FittingFunction Organizer。定义函数:设置FunctionName(函数名称)为XZ-Burgers;设置Brief Description(函数描述)为XZ-Burgers;设置IndependentVariables(自变量)为t;设置DependentVariables(因变量)为J;设置ParameterNames(参数)为E,E,A,B,n(半角输人);设置Func-tionForm为OriginC;在Function对话框中输人J=1/E,+(1-ex
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