CN102095680A - 一种用于测试路面层间剪切疲劳试件的夹具及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测试路面层间剪切疲劳试件的夹具及其测试方法。目前国内外对于路面结构的层间剪切疲劳尚无人进行研究。本发明提供一种用于测试路面层间剪切疲劳试件的夹具，一种用于测试路面层间剪切疲劳试件的夹具，包括上夹具组件和下夹具组件，上夹具组件和下夹具组件均为纵向截面为L型的异形块，每个异形块由相同的两部分并接组成，上夹具组件和下夹具组件相扣合连接，在横向扣接部的中间分别设置有通槽。本发明采用的此种结构，通过上下夹具组件将试件左右两端固定，试件中部的粘结层位于两个夹具的通槽结合部，施加与试件中间粘结层平行的竖向波形荷载，可得到剪切应力（应变）与实验加载次数之间的关系，得到试件的疲劳剪切特征参数。

Description

一种用于测试路面层间剪切疲劳试件的夹具及其测试方法

技术领域

本发明属路面工程设备技术领域，涉及一种路面结构层在反复荷载作用下的剪切疲劳试验装置，具体是一种用于测试路面层间剪切疲劳试件的夹具及其测试方法。

背景技术

路面结构是一种由不同材料组合而成的多层复合体系，由于材料差异使不同结构层之间的变形无法达到一致和协调，因此一般要求在结构层之间铺撒粘层油和透层油，希望通过这种层间结合措施达到不同结构层变形协调的目的。在行车荷载作用下，路面结构内部尤其是层间结合部位容易出现较大的剪切应力和应变，反复的剪切应力和应变导致层间粘结层由于剪切疲劳而断裂，路面结构层随之出现脱层，继而出现裂缝、坑槽、推移甚至基层损坏等病害，严重影响路面的正常使用性能及使用寿命。

目前国内外对于路面结构的层间剪切疲劳尚无人进行研究，而对于结构层层间的剪切疲劳试验也无人涉及，同时行业规范对于层间剪切疲劳也没有具体规定，因而导致目前道路结构设计与实际使用严重不符，即路面结构在实际使用过程中并没有一直处于完全连续状态，那么如何能够有效表征路面结构层间剪切疲劳特性是保证路面能够正常使用而需要解决的问题。

发明内容

    本发明的目的是提供一种用于测试路面层间剪切疲劳试件的夹具及其测试方法，该夹具在试验过程中能够简便、快速的反映出路面结构层间的剪切疲劳情况，有利于试验的正常进行，同时可以准确的反映出层状结构内部粘结材料的长期使用性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种用于测试路面层间剪切疲劳试件的夹具，包括上夹具组件和下夹具组件，所述的上夹具组件和下夹具组件均为纵向截面为L型的异形块，每个异形块由相同的两部分并接组成，上夹具组件和下夹具组件相扣合连接，在横向扣接部的中间分别设置有通槽。

上述的柱体的横叠面为长方体。

上述的通槽为方槽。

上述的下夹具组件的每个柱体底部均设置有底座。

使用上述夹具测试路面层间剪切疲劳试件的测试方法通过以下步骤实现：

（1）、首先根据层间粘结层材料的不同，通过理论计算确定疲劳荷载的大小；

（2）、制作试件：采用静压法、锤击法或旋转压实方法制成圆形或者矩形组合试件，也可以利用现场钻心取样的试件；

（3）、将试件（9）、夹具在环境温控箱中进行保温；

（4）、进行层间直接剪切强度试验：将试件放置在上部夹具（1）和下部夹具（2）之间的通槽（3）中，并将夹具与试件（9）用螺丝拧紧，对齐上下夹具与试件（9）层间结合部，并放置在环境箱中，通过传力杆8将荷载加载至上部夹具（1）上，以此可以对层间结合面处产生均匀分布的垂直剪切应力，实验过程中施加荷载从小到大，直到试件9破坏为止，此时得到的荷载除以层间接触面积，即可达到该条件下层间剪切极限强度；

（5）、进行路面结构层间剪切疲劳试验：将试件放置在上部夹具（1）和下部夹具（2）之间的通槽（3）中，并将夹具与试件（9）用螺丝拧紧，对齐上下夹具与试件（9）层间结合部，并放置在环境箱中，通过传力杆（8）将荷载加载至上部夹具上（1），以此可以对层间结合面处产生均匀分布的垂直剪切应力，施加荷载的大小根据直接剪切强度试验结果的0.1~0.9倍范围内，实验结束后，试件（9）的层间结合部将会出现疲劳破坏，分析试验过程中材料试验机采集的应力或者应变随时间或者作用次数的变化数据，以此对层间疲劳剪切进行分析。

上述的步骤（3）中将试件（9）以及夹具置于-15℃~20℃的环境箱中，保温时间不少于4个小时。

上述的步骤（4）中通过传力杆对试件（9）进行加载，加载速率为1mm/min，直至试件（9）破坏。

上述的测试方法中剪切面与上下两个夹具的接触面相重合，且与疲劳荷载的加载方向位于一个平面内。

本发明采用的此种结构，通过上下夹具组件将试件左右两端固定，试件中部的粘结层位于两个夹具的通槽结合部，施加与试中间粘结层平行的竖向波形荷载，可得到剪切应力（应变）与实验加载次数之间的关系，得到试件的疲劳剪切特征参数。

通过该夹具和方法，可以测定路面结构层间抗剪强度和剪切疲劳寿命，对研究路面结构相互协调工作的特性、评价路面结构的整体使用性能、评价层间粘结层材料性能的优劣都具有重要意义，同时该试验方法简单易行、试验设备简单可靠，能够在科研和实际工程中得到推广的应用。

附图说明

图1是本发明使用状态图；

图2是本发明上夹具组件结构示意图；

图3是本发明下夹具组件结构示意图；

图4是本发明受力示意图；

图5为本发明的实验装置图。

图中，1-上夹具组件，2-下夹具组件，3-通槽，4-底座，5-螺钉，6-柱体，7-通孔，8-传力杆，9-试件。

具体实施放置

下面将结合附图对本发明进行详细说明。

参见图1、图2、图3，一种用于测试路面层间剪切疲劳试件的夹具，包括上夹具组件1和下夹具组件2，所述的上夹具组件1和下夹具组件2均为纵向截面为L型的异形块，每个异形块由相同的两部分并接组成，上夹具组件1和下夹具组件2相扣合连接，在横向扣接部的中间分别设置有通槽3，两通槽3相对连接成叠面为方形的通孔7。所述柱体的垂直叠面为“L”形，柱体的横叠面为长方体。同时在下夹具组件的每个柱体6底部均设置有底座4。

如图4所示，本发明使用时，将上夹具组件1和下夹具组件2上下放置，然后固定以确保加载时试件9不发生横向移动，利用上夹具组件1和下夹具组件2上的通孔7将已经固定在剪切上模的试件9另外一端夹住，使剪切上模和剪切下模形成一个整体，防止加载过程中夹具和试件9发生横向移动。下夹具组件2通过底座4上的螺钉固定在MTS上，防止在加载过程中整个夹具发生横向移动。固定试件9的过程中，一定要保证剪切疲劳测试面与上下夹具的界面在一条直线上。整个过程准备完毕后，利用MTS在剪切上模上部施加竖向波形荷载即可进行剪切疲劳试验。

同时，本发明通过上夹具组件1和下夹具2组件将试件9卡在剪切夹具中，剪切面与上下夹具结合处在一条直线上，并与加载方向一直。

参见图5，本发明的测试方法通过以下步骤实现：

（1）      、首先根据层间粘结层材料的不同，通过理论计算确定疲劳荷载的大小；

（2）      、制作试件：采用静压法、锤击法或旋转压实方法制成圆形或者矩形组合试件，也可以利用现场钻心取样的试件；

（3）      、将试件9、夹具在环境温控箱中进行保温；

（4）      、进行层间直接剪切强度试验：将试件放置在上部夹具1和下部夹具2之间的通槽3中，并将夹具与试件9用螺丝拧紧，对齐上下夹具与试件9层间结合部，并放置在环境箱中，通过传力杆8将荷载加载至上部夹具1上，以此可以对层间结合面处产生均匀分布的垂直剪切应力，实验过程中施加荷载从小到大，直到试件9破坏为止，此时得到的荷载除以层间接触面积，即可达到该条件下层间剪切极限强度。

（5）      、进行路面结构层间剪切疲劳试验：将试件放置在上部夹具1和下部夹具2之间的通槽3中，并将夹具与试件9用螺丝拧紧，对齐上下夹具与试件9层间结合部，并放置在环境箱中，通过传力杆8将荷载加载至上部夹具上1，以此可以对层间结合面处产生均匀分布的垂直剪切应力，施加荷载的大小根据直接剪切强度试验结果的0.1~0.9倍范围内，实验结束后，试件9的层间结合部将会出现疲劳破坏，分析试验过程中材料试验机采集的应力或者应变随时间或者作用次数的变化数据，以此对层间疲劳剪切进行分析。

步骤（3）中将试件9以及夹具置于-15℃~20℃的环境箱中，保温时间不少于4个小时。

步骤（4）中通过传力杆对试件9进行加载，加载速率为1mm/min，直至试件9破坏。

测试方法中剪切面与上下两个夹具的接触面相重合，且与疲劳荷载的加载方向位于一个平面内。

实施例：

1．         采用旋转压实方法制作直径为150mm的沥青混合料大马歇尔试件，同时采用击实方法制作直径为150mm的水泥稳定碎石试件，在水泥稳定碎石表面涂刷透层油及封层材料，之后将沥青混合料大马歇尔试件放置在涂刷透层油的水泥稳定碎石试件之上，并采用压力机进行静压成型，将试件静置12小时以上，方可进行下一步实验操作。同一组试样个数不少于3个。

2．         将试件、剪切疲劳用的夹具放置在15℃环境箱中，保温时间不少于6小时。

3．         将试件放入剪切疲劳夹具当中。应确保试件的受剪切面与上下夹具的结合面保持在一个平面内。

4．         进行层间剪切强度试验。通过上部夹具对试件进行加载，加载速率为1mm/min，直至之间破坏为止。试验结束后，将得到如图3所示的荷载-变形关系曲线，试件的破坏荷载可以取极限荷载的80%。由此得出试件的层间剪切强度为：                                               ，其中P为试件的破坏荷载，A为试件的横截面积。为了保证实验结果的准确性，进行了3次平行试验，试验结果见表1。本试验采用直径为150mm的圆柱形芯样，其中沥青混凝土试件高100mm，水泥稳定碎石试件高100mm，层间粘结材料为改性乳化沥青。

表1 路面结构层间剪切强度

从试验结果可知，该试验方法测试结果非常稳定，而且离散性小

5．         分别选用

的0.3、0.4、0.5、0.6、0.7倍进行层间剪切疲劳试验，在15℃、10Hz条件下对平行试件进行剪切疲劳试验，得到如图4所示的关系曲线，从中可得到不同条件下的剪切疲劳寿命，实验结果如表2所示。

表2路面结构层间剪切疲劳寿命

应力比	0.3	0.4	0.5	0.6	0.7
						剪切疲劳寿命/次	11920	3441	983	475	243

从表2可知，随着应力比增大，路面结构层间剪切疲劳寿命显著下降。高的应力比条件下，路面结构层间会在很短时间内发生剪切疲劳破坏。这说明在路面结构设计和层间防水粘结层材料选择时，应该重点考虑材料的抗剪切疲劳性能。

通过路面结构层间剪切强度和剪切疲劳寿命试验，可以更全面地评价路面复合结构协同工作的能力与路用性能。

通过本发明可以测定路面结构层间抗剪强度和剪切疲劳寿命，对研究路面结构相互协调工作的特性、评价路面结构的整体使用性能、评价层间粘结层材料性能的优劣都具有重要意义。同时该试验方法简单易行、试验设备简单可靠，能够在科研和实际工程中得到推广的应用。

Claims (8)

1.一种用于测试路面层间剪切疲劳试件的夹具，其特征在于：包括上夹具组件（1）和下夹具组件（2），所述的上夹具组件（1）和下夹具组件（2）均为纵向截面为L型的异形块，每个异形块由相同的两部分并接组成，上夹具组件（1）和下夹具组件（2）相扣合连接，在横向扣接部的中间分别设置有通槽（3）。

2.根据权利要求1所述的一种用于测试路面层间剪切疲劳试件的夹具，其特征在于：所述的柱体（6）的横叠面为长方体。

3.根据权利要求1所述的一种用于测试路面层间剪切疲劳试件的夹具，其特征在于：所述的通槽（3）为方槽。

4.根据权利要求1所述的一种用于测试路面层间剪切疲劳试件的夹具，其特征在于：所述的下夹具组件（2）的每个柱体（6）底部均设置有底座（4）。

5.根据权利要求1所述的一种用于测试路面层间剪切疲劳试件的夹具的测试方法，其特征在于：所述的测试方法通过以下步骤实现：

（1）、首先根据层间粘结层材料的不同，通过理论计算确定疲劳荷载的大小；

（2）、制作试件：采用静压法、锤击法或旋转压实方法制成圆形或者矩形组合试件，也可以利用现场钻心取样的试件；

（3）、将试件（9）、夹具在环境温控箱中进行保温；

（4）、进行层间直接剪切强度试验：将试件放置在上部夹具（1）和下部夹具（2）之间的通槽（3）中，并将夹具与试件（9）用螺丝拧紧，对齐上下夹具与试件（9）层间结合部，并放置在环境箱中，通过传力杆8将荷载加载至上部夹具（1）上，以此可以对层间结合面处产生均匀分布的垂直剪切应力，实验过程中施加荷载从小到大，直到试件9破坏为止，此时得到的荷载除以层间接触面积，即可达到该条件下层间剪切极限强度；

（5）、进行路面结构层间剪切疲劳试验：将试件放置在上部夹具（1）和下部夹具（2）之间的通槽（3）中，并将夹具与试件（9）用螺丝拧紧，对齐上下夹具与试件（9）层间结合部，并放置在环境箱中，通过传力杆（8）将荷载加载至上部夹具上（1），以此可以对层间结合面处产生均匀分布的垂直剪切应力，施加荷载的大小根据直接剪切强度试验结果的0.1~0.9倍范围内，实验结束后，试件（9）的层间结合部将会出现疲劳破坏，分析试验过程中材料试验机采集的应力或者应变随时间或者作用次数的变化数据，以此对层间疲劳剪切进行分析。

6.根据权利要求5所述的一种用于测试路面层间剪切疲劳试件的夹具的测试方法，其特征在于：所述的步骤（3）中将试件（9）以及夹具置于-15℃~20℃的环境箱中，保温时间不少于4个小时。

7.根据权利要求5所述的一种用于测试路面层间剪切疲劳试件的夹具的测试方法，其特征在于：所述的步骤（4）中通过传力杆对试件（9）进行加载，加载速率为1mm/min，直至试件（9）破坏。

8.根据权利要求5所述的一种用于测试路面层间剪切疲劳试件的夹具的测试方法，其特征在于：所述的测试方法中剪切面与上下两个夹具的接触面相重合，且与疲劳荷载的加载方向位于一个平面内。

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