铺面工程学疲劳损伤的叠加技巧

在疲劳试验中，为了简化试验条件和便于分析试验结果，通常采用单一不变的荷载（应力）或应变作为反复施荷的试验模式。然而，路面上实际受到的车辆荷载具有多样性，轻重不一。要把室内单一施荷方式得到的疲劳方程应用于多种荷载作用的实际路面结构分析，还须解决如何考虑多样性荷载的疲劳作用叠加问题。路面工程中常用的方法有两个，一个是Miner定律，另一个是轴载等效换算。

1.Miner定律

目前，常借用Miner在研究金属疲劳时做出的假设来处理多样性荷载的疲劳损伤叠加问题：各级荷载（应力）作用下材料所出现的疲劳损耗可以线性叠加。

假设某一荷载Pi作用Ni次后使材料达到疲劳损坏，则此荷载作用一次就相当于耗去了材料疲劳寿命的1/Ni，则定义：

式中，Di1为荷载Pi作用一次所产生的疲劳消耗。现有P1，P2，…，Pi个荷载，各单独作用N1，N2，…，Ni次后达到疲劳破坏；而如果这些荷载实际作用n1，n2，…，ni次，则相应地各荷载产生的疲劳消耗为n1/N1，n2/N2，…，ni/Ni。

综合考虑这些作用后，材料达到的总疲劳消耗为：

当D≥1时，则材料发生疲劳开裂。

2.轴载等效换算

路面上行驶的车辆具有多样性；为了考虑不同车辆造成的疲劳损伤的叠加，选定一种标准轴型，并把各种不同类型的轴载换算成这种标准轴载，然后将各种轴载的换算结果叠加起来。(www.xing528.com)

我国采用的标准轴载是BZZ-100，即轴重为100 kN的轴载。各种轴载换算为标准轴载时，应遵循两项原则［4］：

（1）相同的路面损坏状态，即对同一种路面结构，甲轴载作用了N1次使路面达到了某种损坏状态，乙轴载作用了N2次使路面达到了同样的损坏状态，则此时甲轴载的作用次数N1和乙轴载的作用次数N2是等效的。按此等效性可建立两种轴载之间的换算关系。

（2）对于同一个交通组成，无论以其中哪一种轴载作为标准进行等效换算，所得到的路面结构厚度计算结果应当是相同的。

根据上述原则，可以利用不同指标的疲劳方程，建立相应的轴载等效换算关系。

两荷载在路面上各作用一次所引起的疲劳消耗D1和D2可分别定义为：

按照等效原则，两种轴载分别作用了N1次和N2次后的路面状况相同，即总疲劳损耗相同，所以：

由此可得：

N1、N2是材料或路面的疲劳寿命，可以由式（5-14）、式（5-15）或式（5-16）根据路面的受力状况和材料强度求得，从而求得两种荷载的N2/N1，即为轴载换算系数，参见本书2.5.6节、8.4.3节和9.4.4节。