CN104713792A - 沥青混凝土面层结构抗剪性能动态研究设备 - Google Patents

Abstract

沥青混凝土面层结构抗剪性能动态研究设备，包括设备底座、载物台、荷载台、荷载台动力系统、压力泵、压力产生系统、温控系统、荷载轮和位移传感装置；载物台、荷载台动力系统以及压力产生系统均设置在设备底座上；待测试试样设置在载物台的上表面；荷载轮设置在荷载台底部；位移传感装置设置在荷载台上，位移传感装置的下表面与荷载轮的下表面在自然状态下处于同一水平面；压力泵通过荷载台以及荷载轮将压力传递至待测试试样的面层；荷载台动力系统通过荷载台带动荷载轮在面层上表面移动；温控系统设置在载物台中。本发明考虑了沥青混凝土在路面结构中的受剪切特性，可有效的模拟评价复合式路面中沥青层的抗剪性能。

Description

沥青混凝土面层结构抗剪性能动态研究设备

技术领域

本发明属于道路工程领域，涉及一种道路工程结构性能研究设备，具体涉及一种沥青混凝土面层结构抗剪性能动态研究设备。

背景技术

沥青混凝土路面和水泥混凝土路面是我国高等级公路的主要类型。水泥路面具有刚度大、稳定性好、使用寿命长、抗疲劳特性好、养护费用少、施工取材更方便等优点。但水泥混凝土路面由于材料的脆性，加上施工质量差的原因，水泥路面常常会发生大面积快速的破坏，从而增加路面维修的难度；路面雨水沿水泥混凝土的接缝渗入路面中，进而使路面发生如错台、唧泥等病害，导致路面不平整，行车跳动现象严重，影响行车舒适性。沥青混凝土路面较水泥混凝土路面而言，具有初期造价低、路面平整度好、行车舒适性好等优点，并且便于修复，应用比例逐渐增加。

为了改善旧水泥混凝土路面的功能特性、增加新建水泥混凝土路面的行车舒适性，综合水泥混凝土和沥青混凝土两种路面的特性，常选择以水泥混凝土作为依托承重层，用沥青混凝土改善谁混凝土的服务性能，即刚柔复合式路面。刚柔复合式路面，最明显的问题在于：(一)裂缝反射病害，荷载作用下水泥混凝土自身设置裂缝、水泥混凝土破坏裂缝会传递到沥青面层；(二)塑性变形病害，水泥混凝土和沥青混凝土两种材料的弹性模量相差较大，荷载作用下沥青混凝土更容易发生挤压变形。多项研究表明沥青混凝土发生塑性变形的根本原因在于，材料的抗剪强度不足，为此单轴贯入试验、三轴剪切试验、抽转剪切试验、三轴蠕变试验等试验方法用于评价材料的抗剪性能。而针对裂缝反射，沥青混凝土材料结构性抗剪的试验方法，以及在荷载动态作用下材料的疲劳抗剪性能研究，仍未见相关文献报道。

发明内容

针对现有沥青混凝土面层抗剪性能评价方法的缺陷，本发明的目的在于提供一种充分考虑了沥青混凝土在路面结构中的抗剪性能、兼顾了材料的动态抗变形能力及疲劳特性以及可提高复合式路面的使用性能的沥青混凝土面层结构抗剪性能动态研究设备。

本发明所采用的技术方案如下：

一种沥青混凝土面层结构抗剪性能动态研究设备，其特征在于：所述沥青混凝土面层结构抗剪性能动态研究设备包括设备底座、载物台、荷载台、荷载台动力系统、压力泵、压力产生系统、温控系统、荷载轮以及位移传感装置；所述载物台以及压力产生系统均设置在设备底座上；待测试试样包括基层、第一结构层、第二结构层以及面层；第一结构层与第二结构层处于同一水平面且二者之间设置有裂缝；第一结构层与第二结构层拼接后形成结构层；面层、结构层以及基层自上而下依次设置在载物台的上表面；所述荷载轮设置在荷载台底部；所述位移传感装置设置在荷载台上，所述位移传感装置的下表面与荷载轮的下表面在自然状态下处于同一水平面；所述压力产生系统与压力泵相连并向压力泵提供压力；所述荷载轮设置在面层上表面；所述压力泵依次通过荷载台以及荷载轮将压力传递至面层；所述荷载台动力系统通过荷载台带动荷载轮在面层上表面移动；所述温控系统设置在载物台中。

作为优选，本发明所采用的第一结构层与第二结构层之间的间隙是可调整的。

作为优选，本发明所提供的沥青混凝土面层结构抗剪性能动态研究设备还包括设置在载物台上的试样承载台，所述试样承载台包括夹具、活动夹板以及固定螺栓；所述夹具呈L型；所述夹具设置在载物台上；所述活动夹板竖立在夹具上并与夹具通过固定螺栓固定；所述夹具与活动夹板之间形成U型空腔；所述面层、结构层以及基层自上而下依次设置在夹具与活动夹板之间所形成的U型空腔中；所述活动夹板与夹具之间的距离是可调整的。

作为优选，本发明所采用的沥青混凝土面层结构抗剪性能动态研究设备还包括设置在压力泵与荷载台之间的压力泵固定杆；所述压力泵依次通过压力泵固定杆、荷载台以及荷载轮将压力传递至面层；所述压力泵固定杆是竖向可伸缩的。

作为优选，本发明所采用的位移传感装置包括位移传感器、位移传感器固定杆以及滑动小轮；所述位移传感器通过位移传感器固定杆设置在荷载台上；所述滑动小轮设置在位移传感器底部；所述滑动小轮的下表面与荷载轮的下表面在自然状态下处于同一水平面并与面层相接触；所述位移传感器固定杆是竖向可伸缩的。

作为优选，本发明所采用的位移传感器的位移测量范围是0-50mm，分辨率0.005mm，最大移动速度1.5m/s。

作为优选，本发明所采用的荷载台动力系统包括转轮、转动轴、电动机以及连杆；所述电动机设置在载物台上；所述转轮通过连杆与荷载台相连；所述连杆与荷载台的上表面处于同一水平面上；所述电动机与转动轴相连；所述电动机依次通过转动轴带动转轮旋转；所述转轮通过连杆以及荷载台带动荷载轮周期性的在面层上表面移动。

作为优选，本发明所采用的压力产生系统包括压力控制型增压设备以及连接管；所述压力控制型增压设备将产生的压力通过连接管输送至压力泵。

作为优选，本发明所采用的压力控制型增压设备的可控制压强范围是3-8bar。

作为优选，本发明所采用的温控系统包括电源、温控仪、热电偶以及温度探头；所述温度探头以及热电偶分别镶嵌于载物台中；所述温度探头以及热电偶分别与温控仪相连；所述温控仪与电源相连。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明提供了一种沥青混凝土面层结构抗剪性能动态研究设备，当荷载(由荷载轮提供)从试件的一侧向另一侧移动且荷载靠近结构层中间的裂缝时，负有载荷的结构层一侧向下变形，而荷载另一侧有向上变形趋势，裂缝正上方的材料一侧向下受力，另一侧向上受力，这样形成典型的荷载剪切作用；荷载移动到裂缝的另一侧时，出现于上述相反的受力状态，依然是典型的荷载剪切作用，荷载往复移动，就是多次重复的剪切作用，通过测试面层的破坏时作用次数、竖向挠曲位移等，达到对面层结构层的抗剪性能评价。本发明采用滑动小轮测试荷载作用下的面层材料动态相对位移评价材料的抗剪性能，减小了传统车辙试验定点取值对试验数据的影响；充分考虑了沥青混凝土材料用作面层时的结构性抗剪性能，可对沥青混凝土的抗裂缝反射性能以及抗疲劳性能进行评价，可对不同类型路面及不同裂缝宽度的路面结构性抗剪性能进行评价；同时，本发明采用温控仪对试件进行温度点控，改进了传统的热气流温度环境控制方法，提高了温度控制精度。

附图说明

图1为本发明所提供的沥青混凝土面层结构抗剪性能动态研究设备的结构示意图；

图2为本发明所采用的纵向位移测量示意图；

图3为本发明所采用的试件以及控温部分的结构示意图；

图4为本发明所采用的荷载移动原理示意图；

其中，附图中的附图标记所对应的名称为：

1-转轮；2-转动轴；3-电动机；4-连杆；5-荷载固定杆；6-压力泵；7-荷载台；8-荷载轮；9-夹具；10-载物台；11-载物台支座；12-压力控制型增压设备；13-连接管；14-外壳；15-位移传感器；16-位移传感器固定杆；17-滑动小轮；18-活动夹板；19-固定螺栓；20-温控仪；21-电热偶；22-温度探头；23-电源；24-面层；25-结构层；26-基层；27-压力泵固定杆。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

参见图1、图2、图3以及图4，本发明提供了一种沥青混凝土面层结构抗剪性能动态研究设备，沥青混凝土面层结构抗剪性能动态研究设备包括设备底座、以及设置在其上的载物台、动力系统、压力系统、试验承载系统和位移测试系统；载物台由支座支撑；动力系统的动力由电动机通过转动轴、转轮和连杆提供，保证荷载的定向移动；的压力系统由压力控制型增压设备、连接管、荷载固定杆、压力泵、荷载台组成；的试验承载系统包括夹具、活动夹板和固定螺栓，位移测试系统包括位移传感器、位移传感器固定杆和滑动小轮；待测试试样包括基层、第一结构层、第二结构层以及面层；第一结构层与第二结构层处于同一水平面且二者之间设置有裂缝；第一结构层与第二结构层拼接后形成结构层；面层、结构层以及基层自上而下依次设置在载物台上；荷载轮设置在荷载台底部；位移传感装置设置在荷载台上，位移传感装置的下表面与荷载轮的下表面在自然状态下处于同一水平面；压力产生系统与压力泵相连并向压力泵提供压力；荷载轮设置在面层上表面；压力泵依次通过荷载台以及荷载轮将压力传递至面层；荷载台动力系统通过荷载台带动荷载轮在面层上表面移动；温控系统设置在载物台中。

本发明所提供的沥青混凝土面层结构抗剪性能动态研究设备大致由动力系统、荷载系统、支撑系统、测试系统和温控系统五部分组成，五部分由外壳14统一支撑覆盖。

其中：

参见图4，动力系统包括转轮1、转动轴2、电动机3和连杆4；电动机3带动转动轴2使转轮1旋转，依靠连杆4的拉动与推进，保证荷载台7的周期性移动。

荷载系统包括压力泵6、荷载台7、荷载轮8、压力控制型增压设备12和连接管13；压力控制型增压设备12通过连接管13控制压力泵6的荷载大小，荷载通过荷载台7传递到荷载轮8(试验过程中，荷载论8与试件面接触，传递荷载)，对试件面层24进行动态剪切作用。压力控制型增压设备12购自济南汉派瑞流体设备有限公司，可控制压强为3-8bar。

支撑系统包括荷载固定杆5、压力泵固定杆27、载物台10和载物台支座11；荷载固定杆5与外壳14连接，对荷载系统作整体支撑，压力泵固定杆27与荷载台7连接，压力泵固定杆27可竖向柔性收缩，保证荷载台7在移动过程中的稳定性。载物台支座11支撑载物台10作为电动机3及试验试件部分平台。

参见图2，测试系统包括位移传感器15(位移传感器15是在荷载作用下，测量路面表层层会发生挠曲变形，主要是表层竖向的位移挠曲变化)、位移传感器固定杆16和滑动小轮17；位移传感器固定杆16固定在荷载轮8一侧，并与位移传感器15和滑动小轮17连接；滑动小轮17与试件面层24接触，将试件面层24的位移信息传递到位移传感器15中，位移传感器固定杆16可竖向柔性收缩确保位移传感器15在移动过程中的稳定性。位移传感器15购自威海三丰科技有限公司，位移测量范围0-50mm，分辨率0.005mm，最大移动速度1.5m/s。

参见图3，温控系统包括夹具9、活动夹板18、固定螺栓19、温控仪20、电热偶21、温度探头22及外接电源23。夹具与电热偶和温度探头连接，电热偶21和温度探头22锲到夹具9中，温控仪20通过温度探头22的信息控制外接电源23是否给电热偶21供电。夹具呈L型；夹具设置在载物台上；活动夹板竖立在夹具上并与夹具通过固定螺栓固定；夹具与活动夹板之间形成U型空腔；面层、结构层以及基层自上而下依次设置在夹具与活动夹板之间所形成的U型空腔中；活动夹板与夹具之间的距离是可调整的。

设备测试试件部分包括面层24、结构层25和基层26由夹具9和活动夹板18包裹，由固定螺栓19固定。固定螺栓19可以调节结构层25中裂缝的间距。

上述测试试件部分、动力系统、荷载系统、支撑系统、测试系统和温控系统由外壳统一支撑覆盖。

本发明的原理：结构层分为两半，而面层和基层为整体一块，荷载(由荷载轮提供)从试件的一侧向另一侧移动，当荷载靠近结构层中间的裂缝时，含有载荷的结构层一侧向下变形，而荷载另一侧有向上变形趋势，裂缝正上方的材料一侧向下受力，另一侧向上受力，这样形成典型的荷载剪切作用；荷载移动到裂缝的另一侧时，出现于上述相反的受力状态，依然是典型的荷载剪切作用，荷载往复移动，就是多次重复的剪切作用，通过测试面层的破坏时作用次数、竖向挠曲位移等，达到对面层结构层的抗剪性能评价。

本发明充分考虑了旧水泥路面加铺或复合式路面沥青混凝土材料设计、研究存在的困难，可对不同裂缝宽度加铺沥青混凝土、不同结构的路面结构从结构抗剪性角度进行研究，并采用动态指标对沥青混凝土面层的结构性抗剪性能进行评价，对旧水泥路面加铺或复合式路面沥青混凝土材料设计、施工都具有指导意义。

上述具体实施方式只是本发明的一个优选实施例，并不是用来限制本发明的实施与权利要求范围的，凡依据本发明申请专利保护范围所述的内容做出的等效变化和修饰，均应包括于本发明专利申请范围内。

Claims (10)

1.一种沥青混凝土面层结构抗剪性能动态研究设备，其特征在于：所述沥青混凝土面层结构抗剪性能动态研究设备包括设备底座、载物台、荷载台、荷载台动力系统、压力泵、压力产生系统、温控系统、荷载轮以及位移传感装置；所述载物台以及压力产生系统均设置在设备底座上；待测试试样包括基层、第一结构层、第二结构层以及面层；第一结构层与第二结构层处于同一水平面且二者之间设置有裂缝；第一结构层与第二结构层拼接后形成结构层；面层、结构层以及基层自上而下依次设置在载物台的上表面；所述荷载轮设置在荷载台底部；所述位移传感装置设置在荷载台上，所述位移传感装置的下表面与荷载轮的下表面在自然状态下处于同一水平面；所述压力产生系统与压力泵相连并向压力泵提供压力；所述荷载轮设置在面层上表面；所述压力泵依次通过荷载台以及荷载轮将压力传递至面层；所述荷载台动力系统通过荷载台带动荷载轮在面层上表面移动；所述温控系统设置在载物台中。

2.根据权利要求1所述的沥青混凝土面层结构抗剪性能动态研究设备，其特征在于：所述第一结构层与第二结构层之间的间隙是可调整的。

3.根据权利要求2所述的沥青混凝土面层结构抗剪性能动态研究设备，其特征在于：所述沥青混凝土面层结构抗剪性能动态研究设备还包括设置在载物台上的试样承载台，所述试样承载台包括夹具、活动夹板以及固定螺栓；所述夹具呈L型；所述夹具设置在载物台上；所述活动夹板竖立在夹具上并与夹具通过固定螺栓固定；所述夹具与活动夹板之间形成U型空腔；所述面层、结构层以及基层自上而下依次设置在夹具与活动夹板之间所形成的U型空腔中；所述活动夹板与夹具之间的距离是可调整的。

4.根据权利要求3所述的沥青混凝土面层结构抗剪性能动态研究设备，其特征在于：所述沥青混凝土面层结构抗剪性能动态研究设备还包括设置在压力泵与荷载台之间的压力泵固定杆；所述压力泵依次通过压力泵固定杆、荷载台以及荷载轮将压力传递至面层；所述压力泵固定杆是竖向可伸缩的。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的沥青混凝土面层结构抗剪性能动态研究设备，其特征在于：所述位移传感装置包括位移传感器、位移传感器固定杆以及滑动小轮；所述位移传感器通过位移传感器固定杆设置在荷载台上；所述滑动小轮设置在位移传感器底部；所述滑动小轮的下表面与荷载轮的下表面在自然状态下处于同一水平面并与面层相接触；所述位移传感器固定杆是竖向可伸缩的。

6.根据权利要求5所述的沥青混凝土面层结构抗剪性能动态研究设备，其特征在于：所述位移传感器的位移测量范围是0-50mm，分辨率0.005mm，最大移动速度1.5m/s。

7.根据权利要求6所述的沥青混凝土面层结构抗剪性能动态研究设备，其特征在于：所述荷载台动力系统包括转轮、转动轴、电动机以及连杆；所述电动机设置在载物台上；所述转轮通过连杆与荷载台相连；所述连杆与荷载台的上表面处于同一水平面上；所述电动机与转动轴相连；所述电动机依次通过转动轴带动转轮旋转；所述转轮通过连杆以及荷载台带动荷载轮周期性的在面层上表面移动。

8.根据权利要求7所述的沥青混凝土面层结构抗剪性能动态研究设备，其特征在于：所述压力产生系统包括压力控制型增压设备以及连接管；所述压力控制型增压设备将产生的压力通过连接管输送至压力泵。

9.根据权利要求8所述的沥青混凝土面层结构抗剪性能动态研究设备，其特征在于：所述压力控制型增压设备的可控制压强范围是3-8bar。

10.根据权利要求9所述的沥青混凝土面层结构抗剪性能动态研究设备，其特征在于：所述温控系统包括电源、温控仪、热电偶以及温度探头；所述温度探头以及热电偶分别镶嵌于载物台中；所述温度探头以及热电偶分别与温控仪相连；所述温控仪与电源相连。