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近年来，我国公路事业发展迅速，公路通车总里程逐年上升，尤其是高速公路正以前所未有的速度发展，进入了以建设高速公路、一级公路等高等级公路为主的新时代。然而随着人们生活水平的提高，道路交通量日益增大，道路重载、超载的情况日益严重。在这种长期应力应变交替作用的情况下，路面强度下降十分迅速，当荷载的重复作用超过了一定的次数后，路面内所产生的应力就会超过其结构强度降低以后的结构抗力，从而使路面结构发生疲劳破坏。目前，国内外学者已经对沥青混合料疲劳性能进行了大量的试验研究，其中使用得最多的就是小梁三点弯拉疲劳试验，较少人使用近年兴起的半圆弯拉试验方法对疲劳试验进行研究，并对两种模型的疲劳试验结果进行比较分析。为此，本人做了以下工作：首先，通过对疲劳现象的解释，分析现有的三种疲劳力学响应模型，比较三种模型的差异，并最终选择现象学法进行研究。对目前所采用的疲劳性能试验方法进行讨论，比较几种典型室内试验方法的优缺点，最终选择三点重复加载的方式对小梁及半圆试件进行疲劳试验。其次，利用ABAQUS有限元软件建立小梁及半圆两种试件模型，并对两者施加同条件下的半正弦波荷载。通过比较两模型底部中点的应力及变形大小，分析两种模型在0.1秒内的力学响应变化。通过模拟分析发现，两者在0~0.1秒的应力变形随时间的变化趋势大体相同，并预测了小梁试件疲劳寿命要大于半圆试件疲劳寿命。最后，选用SUP-13、SMA-13、AC-13三种级配进行配合比设计，并与5℃、15℃、25℃三种温度，5Hz、10Hz、15Hz三种频率，0.4、0.5、0.6三种应力比以及三种空隙率进行正交试验设计。采用所选取的正交设计表进行疲劳试验，对试验结果进行直观分析以及方差分析，并就各因素在不同模型下对疲劳寿命的影响进行比较。试验证明，各因素对疲劳寿命的影响大小的主次顺序为：应力比＞混合料级配＞试验温度＞空隙率＞试验频率；小梁试件疲劳寿命要长于半圆试件，与有限元分析预测结果一致；各因素在不同试验方法下对疲劳寿命影响的显著性并不相同。