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文檔簡介

路面材料的力學性能引言顆粒材料的工程性質穩定類材料瀝青混合料水泥混凝土Miner定律-線性疲勞疊加率一、引言1、路面材料的類型2、應力-應變特性:模量E,這是主要力學分析參數3、強度特性:了解其自身的抗力,了解強度的來源4、變形特性:變形能力,可恢復的和不可恢復的變形,對平整度的影響5、疲勞特性:與壽命有關,與荷載作用次數有關6、耐久性:自然因素的影響,包括水的作用、水穩定性、抗剝落特性、抗凍融特性(溫度)、自然老化、抗紫外線。

二、顆粒材料的工程性質1強度來源3變形累積2應力應變關系4泊松比1、強度來源顆粒類材料由于無結合料的黏結,所以不是一個整體,是一個結構層,但自身是松散的。不能承受拉應力的作用,可以受壓或受剪切。黏結力為零。內磨檫力提供了抗剪切強度,但取決于粒料的紋理、密實度、顆粒形狀、級配等因素強度來源骨架結構,不含或很少細料(<0.074)的狀態,見圖:強度來源于接觸部位的摩擦力,對集料強度要求高;水穩定性好,透水性好,無凍敏骨架-填充結構,見圖:強度來自于摩擦力,抗剪切強度有所提高;密度高,透水性差,可能是凍敏的,取決于填充料;不耐沖刷。三渣多屬于這種結構。懸浮結構,粗集料懸浮于細集料之中,見圖:強度取決于填充料;密度高,不透水,水敏,凍敏,不耐沖刷顆粒材料的幾種組成狀態壓碎值取決于集料的強度和形狀,壓碎值不足的危害是很大的,產生變形和強度問題即便是基層、底基層等層次,雖然整體受力較小,但局部接觸應力可能很大,仍需要限制壓碎值過于密實碎可提高強度,但可能會犧牲水穩定性、溫度穩定性和抗沖刷能力,設計者應設法平衡強度與穩定性之間的關系形狀可能會影響壓碎值,所以采用測試壓碎值的集料的形狀應符合要求。集料生產過程中的內部裂紋會影響壓碎值壓碎值、性狀與透水性級配要求應滿足一定的級配要求,可參見有關手冊或規范

測試與計算測試采用三軸試驗計算:2、應力-應變關系三軸試驗測定方法應力-應變關系

注意:該曲線與土的應力-應變曲線的區別εθ為主應力之和

k為系數,k1=7.0-15.7,k2=0.46-0.64由于σ1與σ3有關,所以模量還可以表示為:

粒料的模量與受力狀態有關隨著荷載(彎沉)的增大,模量在增加荷載-彎沉關系Pl破壞點粒料模量的取值比較困難,因為E=F(應力,棱角,紋理,密度),設計中無法考慮這么詳細設計中的考慮3、變形累積與土的變形累計規律類似當較小時,趨于緩慢穩定增加當較大時,急劇增加隨增加,穩定的增加4、泊松比一般0.2-0.5,一般取0.25-0.35三、穩定類材料1、強度特性

強度來源:黏結力,內摩擦力當采用黏結力、內摩擦力的概念時,總與剪切有關。實際上,黏結力和內摩擦力提供了各種強度。測試方法三軸壓縮試驗,P45圖5-2梁式試件,4點加荷法,三分點加荷試驗,P45圖5-2劈裂試驗,間接拉伸試驗,圖同樣三種組成狀態。由于是整體性材料,所以同樣應注意其水穩定性。細集料(結合料)含量越多,越容易沖刷。在滿足填充要求的前提下,應盡量減少細集料的用量。強度不是唯一的標準。級配一般采用骨架-填充結構

2、三軸壓縮狀態下的應力-應變關系σ-ε關系與土的類似(P35,圖4-1),見下圖,應變隨荷載的增大而迅速增大。同樣,為應力偏量的函數。在應力級位較小時,近似直線,E為常數。與粒料的σ-ε關系有很大不同,凹向相反,懸浮結構的粒料可能相似(如果細料類似土的話),這反映了黏結型與嵌鎖型的區別。

3、梁式彎拉狀態下的應力-應變關系梁式試件是半拉半壓的受力狀態,性質應處于拉、壓之間,所得模量略小于三軸不反映側限力的影響應力-應變曲線與上圖類似,但損壞區域更明顯,速度更快4、影響因素結合料的劑量和活性齡期集料的類型(土)5、參考值域水泥土:E=(0.7-7)*1000Mpa,μ=0.15-0.35水泥穩定碎石:(7-28)*1000Mpa,μ=0.15-0.206、變形特性累計永久變形忽略不計

7、疲勞特性疲勞是指材料在低于極限荷載的英里作用下發生破壞,是重復荷載作用下微裂紋的擴展,重復荷載作用的大小不可太大。疲勞反映了路面的壽命,反映了小噸位荷載作用下的數千萬次的重復作用,滴水穿石的效果。疲勞設計是路面設計的重要概念,是路面設計的重要特點。疲勞壽命:指從開始加載至損壞時的荷載作用次數;通常采用梁式試件測量,四點加荷法。所施加的應力實際上就是破壞時的應力,成為疲勞強度。疲勞極限:當荷載小于一定數值時,材料永遠不會發生疲勞損壞,這個數值曾經定義為10^7,目前已經不行。對鋼材,應力比0.5。

概念加載波形有多種,典型的有三種:低應力為零:常用方式,瀝青路面方式低應力>零:水泥路面方式低應力<零:雙向加載方式,不常用隨著荷載作用次數的增加,材料的抗力(強度、模量)在不斷降低。疲勞壽命與加荷方式、波形、頻率等因素有關。荷載級位越大,疲勞壽命越短;荷載級位越小,疲勞壽命越長。當然還與材料自身的特性有關,與黏結料的性質有關,與集料的性質也有關。一般而言,影響彎拉強度的因素都將影響疲勞特性。疲勞特性一般用應力或應變與疲勞壽命之間的關系來表示,兩者之間在半對數或雙對數坐標上一般呈線性關系。見圖。疲勞方程的離散性一般很大

常見表達方式:

低應力為零

有高低應力比時的疲勞方程:低應力>0

疲勞方程:極限曲率半徑,R:曲率半徑,N:作用次數。對荷載的敏感性參數β反映了材料對荷載的敏感性,β越小,對荷載的作用越敏感,因為其大小與荷載換算系數的指數有關:

理論上,參數α=1四、瀝青混合料強度來源應力-應變關系變形特性泊松比強度特征疲勞特征1、強度來源瀝青提供的黏結力和集料提供的內摩擦力常用的瀝青混合料類型瀝青混凝土(AC)抗滑磨耗層(AK)SMAOGFC抗滑磨耗層,多孔瀝青路面(PAC)

2、應力-應變關系

瀝青混合料是一種粘彈塑性材料,其應力-應變關系受溫度、時間等外界因素和瀝青含量、瀝青性質、集料級配和集料性質等自身因素的影響,所以與一般材料不同,對瀝青混合料的應力-應變關系,討論其蠕變特性典型蠕變關系曲線見圖。溫度影響:受溫度影響是瀝青混合料的主要特點之一,高低溫時應變可相差幾十倍高溫時,主要表現為粘塑性特性,粘性、塑性變形很大,影響車轍大小低溫時,主要表現為線彈性,影響疲勞和開裂特性(疲勞開裂和低溫開裂)

勁度(模量)定義:與時間、溫度有關的特征量(條件參數),時溫(轉換)關系:P47圖。時間-溫度的等效轉換對于試驗設計非常重要。蠕變模量通常采用單軸或三軸壓縮試驗測定。蠕變模量的定義為:目前實驗方法尚未形成標準,常用偏應力=0.1-0.2MPA,T=40℃。加載方式包括靜態、動態和重復荷載三種方式。

動態模量動態模量的試驗過程與上圖中的(b)類似。動態模量:注意:1、試驗時間不可太長,否則不是常數,而是時間的函數。2、反映了材料的流變特性,對彈性體,相位差為“0”回彈模量回彈模量定義為測試方法有三種,見P49圖。注意:與上面蠕變試驗中ε(t)的區別;前者為彈性變形+部分粘性變形,后者為塑性變形+部分粘性變形。所以前者用于結構疲勞分析,后者用于車轍分析。勁度預估SHELL方法,P503、變形特性變形特性可由動態或重復荷載作用下的蠕變特性定義,反映材料的粘塑性,迄今缺少可靠的預估模型影響變形特性的因素溫度、應力和作用時間(加載頻率)瀝青的含量、質量集料特性,包括棱角、破裂面比例,集料表面紋理、級配等壓實度、壓實方法

4、泊松比與瀝青含量、溫度和集料特性有關,一般取0.25-0.50。P50。實際上,大部分混合料的泊松比大于0.50。5、強度特性抗彎拉強度,抗剪切強度,抗拉強度影響因素:瀝青的性質與含量,集料的性質與級配,溫度和加荷速率抗剪切強度(P53,圖5-14、5-15)抗拉強度(P54,圖5-19)6、疲勞特性試驗方法,梁式、劈裂和懸臂式加載方法應力控制,試驗過程中保持所加的荷載不變,應變不斷增大,P58,圖5-23應變控制,試驗過程中保持所加的應變不變,應力不斷減小;破壞不明顯,一般定義為模量衰變50%時為破壞點;P58,圖5-23目前已經逐步趨向于采用應變控制疲勞方程雙對數直線方程目前一般采用應變表示法。

LogNLogεε影響因素Monismith方程影響混合料疲勞特性的因素很多,要全部考慮是困難,只能選擇主要的、綜合性強的因素加以考慮。Monismith給出了比較有代表性的方程:五、水泥混凝土

疲勞特性或

路面上的荷載輕重不一,怎樣考慮不同荷載的作用? Miner在研究金屬材料的性能時提出了線性疲勞迭加律,即不同等級荷載產生的疲勞效應可以直接相加。即

六、Miner定律-線性疲勞迭加律

鉆床和銑床的區別鉆床和銑床的區別鉆床系指主要用鉆頭在工件上加工孔的機床。通常鉆頭旋轉為主運動,鉆頭軸向移動為進給運動。鉆床結構簡單,加工精度相對較低,可鉆通孔、盲孔,更換特殊刀具,可擴、锪孔,鉸孔或進行攻絲等加工。銑床是用銑刀對工件進行銑削加工的機床。銑床除能銑削平面、溝槽、輪齒、螺紋和花鍵軸外,還能加工比較復雜的型面,效率較刨床高,在機械制造和修理部門得到廣泛應用。鏜床與銑床的區別鏜床與銑床的工作原理和性質相似。刀具的旋轉是主運動,工件的移動是進給運動。鏜床多用于加工較長的通孔,大直徑臺階孔,大型箱體零件上不同位置的孔等。由于鏜床的刀盤和鏜桿剛性較高,因此加工出的孔的直線度,圓柱度和位置度等都很高。銑床也可以進行鏜孔,但加工范圍較小,精度也較低。銑床多用于平面,成型面,槽等加工。搖臂鉆是效率很高的孔加工機床,由于它的主軸可以在加工范圍內快速的任意移動,而工件固定。因此加工大型箱體零件上的不同位置的孔,螺孔等,效率很高。編輯本段立式銑床的日常保養班前保養(1)開車前檢查各油池是否缺油,并按照潤滑圖所示,使用清凈的機油進行一次加油。(2)檢查電源開關外觀和作用是否良好,接地裝置是否完整。(3)檢查各部件螺釘、像目、手柄、手球及油杯等有無松動和丟失,如發現應及時擰緊和補齊。(4)檢查傳動皮帶狀況。鉆銑床[1](5)檢查電器安全裝置是否良好。班中保養(1)觀察電機、電器的靈敏性、可靠性、溫升、聲響及震動等情況。(2)檢查電器安全裝里的靈敏和可靠程度。(3)觀察各傳動部件的溫升、聲向及震動等情況。(4)時刻檢查床身和升降臺內的柱塞油泵的工作情況,當機床在運轉中而指示器內沒有油流出時,應及時進行修理。(5)發現工作臺縱向絲杠軸向間隙及傳動有間隙,應按說明要求進行調整。(6)主軸軸承的調整。(7)工作臺快速移動離合器的調整。(8)傳動皮帶松緊程度的調整。班后保養工作后必須檢查、清掃設備,做好日常保養工作,將各操作手柄(開關)置于空檔(零位)拉開電源開關,達到整齊、清潔、潤滑、安全。定期保養1.每3個月清洗床身內部、升降臺內部和工

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