CN102620999A - 一种沥青混合料简易真三轴试验设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种沥青混合料简易真三轴试验设备，包括台座、立柱、水平方向液压缸固定框架、Z方向液压缸固定上板、Z方向液压缸固定下板以及6个带活塞杆的液压缸；立柱竖直方向设置在台座上；Z方向液压缸固定上板、水平方向液压缸固定框架和Z方向液压缸固定下板自上而下依次固定在立柱上；水平方向液压缸固定框架的中空部分为压力室；Z方向液压缸固定上板、Z方向液压缸固定下板以及水平方向液压缸固定框架的4个竖直板上均设有预留孔；6个所述的活塞杆分别通过6个预留孔伸入到压力室中，每一根活塞杆的端部固定有一个加载板。该沥青混合料简易真三轴试验设备，结构简单，易于实施，适合对沥青混合料实现三向独立加载。
Description
技术领域
本发明涉及一种沥青混合料简易真三轴试验设备。
背景技术
沥青路面在投入使用一段时间后都会出现各种各样的破坏，如纵向开裂、横向裂缝等，究其原因，其中一个很重要的因素是对沥青混合料的强度特性认识不够深入。
目前我国沥青路面结构设计基于这样一个破坏准则，即汽车荷载作用下沥青路面结构内部产生的应力超过沥青混合料的疲劳强度而发生破坏，其中的“应力”通常都采用单向应力，如层底拉应力，而其中的“疲劳强度”则由沥青混合料的单向抗拉极限强度计算得到(这其实对应古典强度理论中的第一强度理论--最大拉应力理论)；在我国沥青路面施工技术规范中，要求通过低温弯曲试验测试沥青混合料的应变，并与临界应变进行比较，以检验沥青混合料的低温抗裂性能(这其实对应古典强度理论中的第二强度理论--最大拉应变理论)。但是，在汽车荷载作用下沥青路面结构内部并不是处于单向应力/应变状态，结构破坏原因并不能简单地以沥青混合料承受的单向应力/应变过大来解释。其实，第一强度理论和第二强度理论已被工程力学界证实其适用范围有限，并不能反映工程结构的实际受力状态。但由于种种原因，道路工程界尚没有开展相应研究，也没有开发出模拟路面实际受力状态的真三轴试验设备。
国内外工程领域曾开发过真三轴试验设备，如土体真三轴仪、岩石真三轴仪、水泥混凝土真三轴仪等，但由于这些设备大都只能完成三向压缩试验，而且强度范围不适合沥青混合料(沥青混合料的强度界于土体和水泥混凝土之间，也远小于岩石)。因此，有必要开发一种适合沥青混合料的拉压组合加载的真三轴试验设备。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种沥青混合料简易真三轴试验设备，该沥青混合料简易真三轴试验设备，结构简单，易于实施，适合对沥青混合料实现三向独立加载。
发明的技术解决方案如下：
一种沥青混合料简易真三轴试验设备，包括台座、立柱、水平方向液压缸固定框架、Z方向液压缸固定上板、Z方向液压缸固定下板以及6个带活塞杆的液压缸；
立柱为4根，4根立柱呈竖直方向设置在台座上；Z方向液压缸固定上板、水平方向液压缸固定框架和Z方向液压缸固定下板自上而下依次固定在立柱上，所述的水平方向包括三维空间中的X方向和Y方向；
水平方向液压缸固定框架为中空的六面均为矩形的无盖、无底的六面体，由4个竖直板组成；水平方向液压缸固定框架的中空部分为用于放置待测试件的压力室；Z方向液压缸固定上板、Z方向液压缸固定下板以及水平方向液压缸固定框架的4个竖直板上均设有预留孔；所述的待测试件为沥青混合料试件；
6个所述的活塞杆分别通过6个预留孔伸入到压力室中，每一根活塞杆的端部固定有一个用于向待测试件加载的加载板。通过加载板既可以向待测试件施加压力，也可以施加拉力。
加载板表面与试件表面之间涂刷有黏结材料层。
所述的黏结材料层为环氧树脂层。
所述6个液压缸根据X、Y和Z方向分为三组，每一组的两个液压缸由同一个液压泵驱动。
有益效果：
本发明的沥青混合料简易真三轴试验设备，设计了X、Y、Z方向的独立加载装置，能够完成沥青混合料的三向拉压组合加载测试，由于能真实反映在载荷状态下沥青路面结构内部的受力情况，从而使得测试结果较之现有的测试设备更有意义；另外，本发明的反力架的整体结构简单，易于实施，便于推广应用。
在压力室空间范围内能够改变待测试试件的尺寸(相应地需要改变加载板的尺寸)，这样就能够对比分析沥青混合料试件大小对试验结果的影响，便于通过考虑尺寸效应来提高试验精度。
可以通过调整液压缸进油或回油速度来改变各个方向的加载速度，来对比分析加载速度对试验结果的影响，并提高试验精度。
附图说明
图1为本发明加载产生的应力效果示意图；
图2为反力架示意图；
图3为σ1方向(即Z方向)液压缸加载示意图；
图4为σ2、σ3方向(即X和Y方向)液压缸加载示意图；
图5为活塞头与压板联结方式及压力和拉力施加方式示意图。
标号说明：1.Z方向液压缸固定上板；2.水平方向液压缸固定框架；3.Z方向液压缸固定下板；4.立柱；5.台座；6.压力室；7.预留孔(用于活塞杆穿行)；11.试件；12.加载板；13.定位螺栓；14.活塞头；15.液压缸。
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：
总体上，本发明设备由两部分组成：反力架和液压系统。反力架采用高强合金钢制作，联成一整体并通过地脚螺栓固定在地面。为实现独立加载，三向荷载σ1、σ2、σ3分别由三套各自独立的液压系统提供，每套液压系统的液压泵产生的压力油注入相对向的2个液压缸(外挂在反力架的预留孔处)，推动液压缸的活塞杆从预留孔中伸入压力室内，通过压板(即加载板)与沥青混合料试件(位于压力室正中心)接触并施加压力/拉力。由于对向的2个液压缸的油来自同一个液压泵，而且反力架结构紧凑、所用材料强度高，这样可以保证对向的2个力大小相等，方向相反。由于活塞头端部是圆形的，且面积较小，不便于直接顶在沥青混合料试件上；故本发明在活塞头套上一个方形的加载板(可以根据需要订制不同尺寸板)，两者之间通过定位螺钉固定；如果需要施加压力，则将加载板直接顶在试件上；如果需要施加拉力，则在加载板表面与试件表面之间涂刷黏结材料，如环氧树脂。
一种沥青混合料简易真三轴试验设备，包括台座、立柱、水平方向液压缸固定框架、Z方向液压缸固定上板、Z方向液压缸固定下板以及6个带活塞杆的液压缸；
立柱为4根，竖直方向设置在台座上；Z方向液压缸固定上板、水平方向液压缸固定框架和Z方向液压缸固定下板自上而下依次固定在立柱上，所述的水平方向包括三维空间中的X方向和Y方向；
水平方向液压缸固定框架为中空的六面均为矩形的无盖、无底的六面体，由4个竖直板组成；水平方向液压缸固定框架的中空部分为用于放置待测试件的压力室；Z方向液压缸固定上板、Z方向液压缸固定下板以及水平方向液压缸固定框架的4个竖直板上均设有预留孔；
6个所述的活塞杆分别通过6个预留孔伸入到压力室中，每一根活塞杆的端部固定有一个用于向待测试件加载的加载板，通过加载板既可以向待测试件施加压力，也可以施加拉力。
若要施加拉力，则需要在加载板表面与试件表面之间涂刷有黏结材料层。
所述的黏结材料层为环氧树脂层。
所述6个液压缸根据X、Y和Z方向分为三组，每一组的两个液压缸由同一个液压泵驱动。
实施例1：
以三向压缩试验为例，试验前准备好正方体形状沥青混合料试件。在6个液压缸的活塞杆端部套上加载板，并用定位螺钉固定。将沥青混合料试件放入压力室内，置于图3中底部的那块加载板上(如果是要施加拉力，则需要在加载板表面与试件表面之间涂刷黏结材料)，并严格定位，保证试件每个面与相应的加载板面平行且对中。启动液压系统，按照预先制订的加载方案控制各向的加载速度；在油压的推动下，加载板与试件接触并产生压强，直至沥青混合料试件破坏为止。
Claims (4)
1.一种沥青混合料简易真三轴试验设备，其特征在于，包括台座、立柱、水平方向液压缸固定框架、Z方向液压缸固定上板、Z方向液压缸固定下板以及6个带活塞杆的液压缸；
立柱为4根，4根立柱呈竖直方向设置在台座上；Z方向液压缸固定上板、水平方向液压缸固定框架和Z方向液压缸固定下板自上而下依次固定在立柱上，所述的水平方向包括三维空间中的X方向和Y方向；
水平方向液压缸固定框架为中空的六面均为矩形的无盖、无底的六面体，由4个竖直板组成；水平方向液压缸固定框架的中空部分为用于放置待测试件的压力室；Z方向液压缸固定上板、Z方向液压缸固定下板以及水平方向液压缸固定框架的4个竖直板上均设有预留孔；所述的待测试件为沥青混合料试件；
6个所述的活塞杆分别通过6个预留孔伸入到压力室中，每一根活塞杆的端部固定有一个用于向待测试件加载的加载板。
2.根据权利要求1所述的沥青混合料简易真三轴试验设备，其特征在于，加载板表面与试件表面之间涂刷有黏结材料层。
3.根据权利要求2所述的沥青混合料简易真三轴试验设备，其特征在于，所述的黏结材料层为环氧树脂层。
4.根据权利要求1-3任一项所述的沥青混合料简易真三轴试验设备，其特征在于，所述6个液压缸根据X、Y和Z方向分为三组，每一组的两个液压缸由同一个液压泵驱动。
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