CN103076236A - 模拟半刚性基层结构温缩断裂的试验方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种模拟半刚性基层结构温缩断裂的试验方法及装置。装置主要由支架、夹头、螺杆、定位螺栓及力传感器组成。模拟试件所选用的材料为有机玻璃板及橡胶轮胎。将贴好应变片的试件通过夹头固定在装置上，然后放入控温试验箱内，导线穿过试验箱将应变片与应变箱连接；转动定位螺栓，通过力传感器控制对试件施加一定大小力，实现对试件施加拉力；考虑对试件施加拉力的同时要保证试件和夹头在同一平面上，用紧固螺栓将螺杆固定，可使试件不发生扭转；本发明能够模拟半刚性基层结构经过温度和荷载作用后断裂产生裂缝的状况，为基层结构的室内模拟，温度变化下裂缝状况的研究提供了有效的途径。其结构简单，操作方便，效果好。

Description

模拟半刚性基层结构温缩断裂的试验方法及装置

技术领域

本发明涉及路基路面结构受环境因素影响的模拟试验方法及装置，尤其是一种用于模拟半刚性基层结构温缩断裂的试验方法及装置。

背景技术

高速公路建设过程中，半刚性基层结构的使用越来越多，然而这种半刚性基层频繁出现的反射裂缝相当严重，对道路的使用状况及寿命造成严重的影响。在季冻区或多年冻土地区，其温缩裂缝尤为普遍和严重。半刚性基层结构最显著的特点是其温缩性能，目前国内，对半刚性基层材料的温缩性能试验几乎都是采用制作标准梁式试件，养生后，粘贴应变片，然后放入可控温环境中，用电测法测量试件温缩应变，此种方法能够较精确的测定材料的温缩性能，但是其工作量大的缺陷尤为突出，最重要的是该种方法进能对实际材料的温缩性能进行检测，但却不能模拟基层结构的实际边界条件，从而使得测定的结果与实际工况下结构的温缩性能存在一定差异。同时，对于半刚性基层结构的室内试验模拟，由于缺乏适宜的装置及方法，使半刚性基层结构在实际温度及荷载作用下温缩断裂性能的模拟受到限制，因此，需要提出一种用于模拟半刚性基层结构温缩断裂性能的试验方法及配套装置。

发明内容

本发明的目的在于提出一种模拟半刚性基层结构温缩断裂的试验方法及装置，解决了以往试验方法工作量大，不能模拟基层实际边界条件的问题。同时该装置结构简单，能够保证试验过程中试件稳定性及结果的精确度。

技术方案：本发明的模拟半刚性基层结构温缩断裂的试验方法，包括如下步骤：

a.试件制作：试件材料由有机玻璃板及橡胶轮胎构成。为真实模拟基层的受力情况，考虑冻融试验箱加力装置以及和基层的比例尺，需要选择薄板材料及各项同性的均质材料，同时要求材料要具有一定的强度和一定的硬度，有一定的温度收缩性能。根据前述条件，初步选定有机玻璃板、PC板和聚乙烯橡胶板三种有机类板材，再从材料的拉伸性能、抗弯拉模量和温缩系数三个方面依次比选，最后确定有机玻璃板为最佳基层模拟材料；土基部分考虑土基的温度收缩性能较小，因此，选择橡胶轮胎作为土基的模拟材料。依据相似原理，使半刚性基层结构和有机玻璃板的厚度和宽度成比例，将模拟基层的有机玻璃板的两个面分别粘贴应变片，然后用胶水将两块有机玻璃板沾连在一起。沾连好后，裁剪一段轮胎，将其粘在两个板的一侧，作为模拟土基的材料。

b.将制作好的试件通过上夹头及下夹头夹持在装置上，拧紧紧固螺栓使螺杆在竖向移动过程中不发生转动，根据温度应力σ_t的计算方法，计算有机玻璃板在达到极限状态下的长度。

${\mathrm{\σ}}_t=-\frac{E{\mathrm{\α}}_{t}T}{1-\mathrm{\μ}}(1-\frac{1}{\mathrm{ch\β}\frac{L}{2}})H\left(t\right)$

由于有机玻璃板的计算长度达到30m以上，在进行模拟的时候对其长度进行适当的折减，将一部分长度换算为应力，加载到试件上。

c.旋转定位螺栓，螺杆在竖向位置改变，带动上夹头在竖向移动，实现对试件施加力，通过力传感器监测所施加力的大小，确保施加的力和计算要施加的力一致。

d.将试件及装置放入控温试验箱内，导线穿过试验箱连接应变片及应变箱。温度变化选择降温方案，试验温度从30℃开始降温，每10℃为一个阶段，在30℃时保持恒温1小时，其余阶段的温度保持恒温40分钟。

e.所有准备工作完成后即可进行试验。力传感器记录试件受力大小及变化，应变箱记录试件应变大小及变化。记录力及应变时观察试件若发生断裂时停止试验。

本发明的模拟半刚性基层结构温缩断裂的试验装置，主要包括支架、紧固螺栓、螺杆、定位螺栓、穿销、上夹头、下夹头及力传感器。其特征在于：螺杆上部带有凹槽，紧固螺栓位于支架最上部钢板上，旋紧紧固螺栓可以卡住螺杆，使其不会发生转动；定位螺栓旋在螺杆上，分别位于支架第二层钢板两侧，上夹头与螺杆通过穿销相连接，旋转定位螺栓可以带动上夹头在竖向发生位移；力传感器一端与下夹头通过穿销连接，一端固定在支架最下端钢板上。

有益效果为：由于采用了上述技术方案，不再需要采用实际材料制作试件，因而克服了以往无法控制制件尺寸的缺陷，同时还能比较精确地模拟实际材料的性能，节省了工作量；装置支架以及各主要部分结构简单，可以进行拆卸组装；通过旋转两个定位螺栓，同时由力传感器监测力的大小，实现对试件准确施加拉力；为保证施加拉力过程中试件不发生转动，通过旋紧固定螺栓，固定螺杆的方式予以实现。

附图说明

图1为本发明整体布置示意图。

图2为本发明模拟试件示意图。

图3为本发明定位螺栓立体图。

图4为本发明螺杆上部构造示意图。

图5为本发明夹头构造立体图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步描述：

本发明的模拟半刚性基层结构温缩断裂的试验方法：首先进行试件的制作，依据本发明材料的选择方法选择材料，选择有机玻璃板及橡胶轮胎作为模拟基层及土基的材料。依据相似原理，使半刚性基层结构和有机玻璃板的厚度和宽度成比例，将模拟基层的有机玻璃板的两个面分别粘贴应变片(9)，然后用胶水将两块有机玻璃板沾连在一起。沾连好后，裁剪一段轮胎，将其粘在两个板的一侧，作为模拟土基的材料。然后将制作好的试件(10)通过上夹头(5)及下夹头(7)夹持在装置上，拧紧紧固螺栓(1)使螺杆(2)在竖向移动过程中不发生转动，根据温度应力σ_t的计算方法，计算有机玻璃板在达到极限状态下的长度。

${\mathrm{\σ}}_t=-\frac{E{\mathrm{\α}}_{t}T}{1-\mathrm{\μ}}(1-\frac{1}{\mathrm{ch\β}\frac{L}{2}})H\left(t\right)$

由于有机玻璃板的计算长度达到30m以上，在进行模拟的时候对其长度进行适当的折减，将一部分长度换算为应力，加载到试件上。然后旋转定位螺栓(3)，螺杆(2)在竖向位置改变，带动上夹头(5)在竖向移动，实现对试件(10)施加力，通过力传感器监测所施加力的大小，确保施加的力和计算要施加的力一致。将试件及装置放入控温试验箱内，导线穿过试验箱连接应变片(9)及应变箱。温度变化选择降温方案，试验温度从30℃开始降温，每10℃为一个阶段，在30℃时保持恒温1小时，其余阶段的温度保持恒温40分钟。所有准备工作完成后即可进行试验。力传感器记录试件受力大小及变化，应变箱记录试件应变大小及变化。记录力及应变时观察试件若发生断裂时停止试验。

本发明的用于模拟半刚性基层结构温缩断裂的试验装置，主要包括支架(6)、定位螺栓(3)、螺杆(2)、上夹头(5)、下夹头(7)及力传感器(8)。定位螺栓(3)位于螺杆(2)上，并分别处在支架第二层钢板的两侧；上夹头(5)与螺杆(2)通过穿销(4)相连接；下夹头(7)与力传感器(8)也通过穿销相连接，传感器另一端固定在支架(6)最下端钢板上。

模拟试件通过上夹头(5)及下夹头(7)夹持在支架中央，上夹头(5)与螺杆(2)通过穿销(4)进行连接。下夹头(7)与力传感器(8)也由穿销连接在一起。

图3为定位螺栓(3)，侧面有用于旋转的开口，旋转定位螺栓(3)，使螺杆(2)位置在竖向发生移动，带动上夹头(5)的位置变化，实现对试件施加拉力，力的大小可以有力传感器时时测定，从而实现对试件准确加力控制。

在对试件施加拉力时为保证试件和夹头在同一平面上，所述螺杆(2)上部经过特别处理，带有凹槽，具体结构如图4。紧固螺栓(1)可以卡在螺杆(2)上部的凹槽内，从而使其固定不发生转动，保证了试验结果的准确性。

Claims (2)

1.一种模拟半刚性基层结构温缩断裂的试验方法，其特征在于包括如下步骤：

a.试件(10)制作：试件材料由有机玻璃板及橡胶轮胎构成。为真实模拟基层的受力情况，考虑冻融试验箱加力装置以及和基层的比例尺，需要选择薄板材料及各项同性的均质材料，同时要求材料要具有一定的强度和一定的硬度，有一定的温度收缩性能。根据前述条件，初步选定有机玻璃板、PC板和聚乙烯橡胶板三种有机类板材，再从材料的拉伸性能、抗弯拉模量和温缩系数三个方面依次比选，最后确定有机玻璃板为最佳基层模拟材料；土基部分考虑土基的温度收缩性能较小，因此，选择橡胶轮胎作为土基的模拟材料。依据相似原理，使半刚性基层结构和有机玻璃板的厚度和宽度成比例，将模拟基层的有机玻璃板的两个面分别粘贴应变片(9)，然后用胶水将两块有机玻璃板沾连在一起。沾连好后，裁剪一段轮胎，将其粘在两个板的一侧，作为模拟土基的材料。

b.将制作好的试件(10)通过上夹头(5)及下夹头(7)夹持在装置上，拧紧紧固螺栓(1)使螺杆(2)在竖向移动过程中不发生转动，根据温度应力σ_t的计算方法，计算有机玻璃板在达到极限状态下的长度。

${\mathrm{\σ}}_t=-\frac{E{\mathrm{\α}}_{t}T}{1-\mathrm{\μ}}(1-\frac{1}{\mathrm{ch\β}\frac{L}{2}})H\left(t\right)$

由于有机玻璃板的计算长度达到30m以上，在进行模拟的时候对其长度进行适当的折减，将一部分长度换算为应力，加载到试件上。

c.旋转定位螺栓(3)，螺杆(2)在竖向位置改变，带动上夹头(5)在竖向移动，实现对试件(10)施加力，通过力传感器(8)监测所施加力的大小，确保施加的力和计算要施加的力一致。

d.将试件及装置放入控温试验箱内，导线穿过试验箱连接应变片(9)及应变箱。温度变化选择降温方案，试验温度从30℃开始降温，每10℃为一个阶段，在30℃时保持恒温1小时，其余阶段的温度保持恒温40分钟。

e.所有准备工作完成后即可进行试验。力传感器记录试件受力大小及变化，应变箱记录试件应变大小及变化。记录力及应变时观察试件若发生断裂时停止试验。

2.一种模拟半刚性基层结构温缩断裂的试验装置，主要包括紧固螺栓(1)、螺杆(2)、定位螺栓(3)、穿销(4)、上夹头(5)、支架(6)、下夹头(7)及力传感器(8)。其特征在于：螺杆(2)上部带有凹槽，紧固螺栓(1)位于支架(6)最上部钢板上，旋紧紧固螺栓(1)可以卡住螺杆(2)；定位螺栓(3)旋在螺杆(2)上，分别位于支架(6)第二层钢板两侧；上夹头(5)与螺杆(2)通过穿销(4)相连接；力传感器(8)一端与下夹头(7)通过穿销连接，一端固定在支架(6)最下端钢板上。

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