CN112903579A - 一种模拟测试隧道沥青路面抗滑系数的装置及方法 - Google Patents

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嵇广宇
樊煜
李雪晨
王润民
闫闳伟
郑宇涵
蒋华
徐朝晖
朱晋
孙进哲
吴建涛
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Abstract

本发明公开了一种模拟测试隧道沥青路面抗滑系数的装置及方法，本发明的测试装置中橡胶球型磨耗头可以拆卸更换，抗滑性能测试的力学模式与实际轮胎/路面作用相当，能够适用于沥青混凝土设计阶段抗滑性能的室内评价。本发明的测试方法通过物理方法间接测出摩擦系数，采用电阻应变片及电阻应变仪等附加设备测定摩擦系数，提高了数据的精度。

Description

一种模拟测试隧道沥青路面抗滑系数的装置及方法
技术领域
本发明涉及路面抗滑系数测试技术领域，具体涉及一种模拟测试隧道沥青路面抗滑系数的装置及方法。
背景技术
现有技术中评价沥青路面抗滑性能的传统方法主要有直接法和间接法。直接法是采用摆式仪、摩擦系数测定车等测试路表摆值(BPN)、横向力系数(SFC),以此表征路面摩擦抗滑性能，当BPN大于42，或SFC大于0.5，表示路表抗滑性能良好；间接法是通过铺砂法等测试路表构造深度，构造深度越大，说明路表越凹凸不平，抗滑性能越好。
摆值测试受人为因素、路表洁净程度、路表混凝土均匀性影响很大，且摆式仪采取的橡胶块在沥青混凝土滑动摩擦的力学模式与车辆轮胎在路表的力学模式差异很大。横向力系数测试车只能用于实际路面的测试，不能在沥青混合料设计阶段对其抗滑性能做出有效评价。铺砂法不仅受人为因素影响极大，而且主要测试的是沥青混凝土＂凹凸不平”的宏观纹理，通常只能反映车辆高速行驶时抗滑性能，对于影响车辆低速行驶抗滑性能的集料微观纹理，铺砂法并不能有效测试。
发明内容
本发明的目的是提供一种模拟隧道沥青路面抗滑性能的测试装置及方法，本测试装置的力学模式与实际轮胎/路面作用相当，能够适用于沥青混凝土设计阶段抗滑性能的室内评价。
为了实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：
一种模拟测试隧道沥青路面抗滑系数的装置，包括钢架，钢架的底板上通过固定支座连接有电机，电机的转轴竖向设置，电机的转轴上固连有沥青混凝土板槽，用于测试的沥青混凝土试板安装于槽中；钢架的顶板上固定连接有至少两个定滑轮，定滑轮上绕设有钢绞线，钢绞线的一端连接有平衡配重块，另一端连接弹簧钢片长度方向的一端，弹簧钢片长度方向的另一端连接荷载固定架，弹簧钢片上粘贴有电阻应变片，电阻应变片与电阻应变仪和振子录波器电连接；荷载固定架上设置有环形配重块，荷载固定架底端固连有连接筒，连接筒内连接有橡胶球型磨耗头，橡胶球型磨耗头的磨头位于连接筒外，且磨头与沥青混凝土试板接触。
平衡配重块用于平衡连接筒、弹簧钢片的重量，保证橡胶质球型磨耗头受到的压力完全来自环形配重块的重量。可以通过调节荷载固定架上环形配重块的数量，近似模拟车辆行驶情况，例如重载交通路段可以增加环形配重块的重量近似模拟重车荷载。
优选地，连接筒内固连有环形螺母，环形螺母上螺纹连接有升降螺栓，升降螺栓的底端伸出连接筒外，升降螺栓的底端具有用于连接橡胶球型磨耗头的安装孔，橡胶球型磨耗头的连接杆位于该安装孔中，橡胶球型磨耗头的磨头位于安装孔外。
优选地，安装孔外的升降螺栓侧壁上开设有用于连接紧固螺栓的螺纹孔，连接紧固螺栓的螺纹孔与安装孔相通，紧固螺栓的轴线与升降螺栓的轴线相互垂直设置。通过旋紧或者放松紧固螺栓实现球型磨耗头14的拆卸更换，橡胶质材料可以有效模拟车辆轮胎受到路面的摩擦作用。
优选地，沥青混凝土板槽相对设置的两侧边各开设有两个螺纹孔，穿过螺纹孔旋入紧固螺栓，将沥青混凝土板槽与沥青混凝土试板固定连接在一起。降低沥青混合土试板在随沥青混凝土板槽旋转过程中，出现缝隙过大而造成的晃动现象。
一种模拟测试隧道沥青路面抗滑系数的方法，包括如下步骤：
(1)将待测沥青混凝土板放置在沥青混凝土板槽里；
(2)调节升降螺栓调整橡胶球型磨耗头的高度，使橡胶球型磨耗头与沥青混凝土试板接触，在荷载固定架上增加环形配重块；利用游标卡尺测量记录弹簧钢片中点与电阻应变片下端距离l0、电阻应变片中心至弹簧钢片下端边缘的距离l1；
(3)打开电机，带动沥青混凝土试板转动，橡胶球型磨耗头对沥青混合料进行磨损，每隔预定的时间更换橡胶球形磨耗头；
(4)电阻应变仪和振子录波器实时测量电阻应变片的电阻变化，电阻应变仪记录应变值ε0，计算抗滑系数；计算方法如下：通过查找规范获得弹簧钢片弹性模量E，利用游标卡尺测量弹簧钢片宽度b、弹簧钢片厚度h、弹簧钢片标距l、记录添加的环形配重块的载荷W，根据公式
Figure BDA0002933239720000031
计算出沥青混凝土板的抗滑系数。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的测试装置中橡胶球型磨耗头可以拆卸更换，抗滑性能测试的力学模式与实际轮胎/路面作用相当，能够适用于沥青混凝土设计阶段抗滑性能的室内评价。
本发明的测试方法通过物理方法间接测出摩擦系数，采用电阻应变片及电阻应变仪等附加设备测定摩擦系数，提高了数据的精度。
附图说明
图1显示了本发明测试装置的整体结构示意图；
图2在图1的基础上去除钢架及定滑轮后的结构示意图；
图3是连接筒的剖面图结构；
图4是球型磨耗头的结构示意图；
图5是摩擦系数测试装置的受力分析简图；
附图标记说明：1、钢架，2、电机，3、固定支座，4、紧固螺栓，5、沥青混合料板槽，6、连接筒，7、荷载固定架，8、环形配重块，9、弹簧钢片，10、电阻应变片，11、钢绞线，12、定滑轮，13、平衡配重块，14、橡胶球型磨耗头，15、升降螺栓，16、环形螺母，17、紧固螺栓。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细说明。但本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件按照说明书进行。
如图1-4所示，一种模拟测试隧道沥青路面抗滑系数的装置，包括钢架1，钢架的底板上通过固定支座3连接有电机2，电机的转轴竖向设置，电机的转轴上固连有沥青混凝土板槽5，用于测试的沥青混凝土试板安装于槽中；钢架的顶板上固定连接有至少两个定滑轮12，定滑轮上绕设有钢绞线11，钢绞线的一端连接有平衡配重块13，另一端连接弹簧钢片9长度方向的一端，弹簧钢片长度方向的另一端连接荷载固定架7，弹簧钢片上粘贴有电阻应变片10，电阻应变片与电阻应变仪和振子录波器电连接；荷载固定架上设置有环形配重块8，荷载固定架底端固连有连接筒6，连接筒内固连有环形螺母16，环形螺母上螺纹连接有升降螺栓15，升降螺栓的底端伸出连接筒外，升降螺栓的底端具有用于连接橡胶球型磨耗头14的安装孔，橡胶球型磨耗头的连接杆位于该安装孔中，橡胶球型磨耗头的磨头位于安装孔外，且磨头与沥青混凝土试板接触。
本实施例中，安装孔外的升降螺栓侧壁上开设有用于连接紧固螺栓17的螺纹孔，连接紧固螺栓的螺纹孔与安装孔相通，紧固螺栓的轴线与升降螺栓的轴线相互垂直设置。
本实施例中，沥青混凝土板槽相对设置的两侧边各开设有两个螺纹孔，穿过螺纹孔旋入紧固螺栓4，将沥青混凝土板槽与沥青混凝土试板固定连接在一起，进而降低沥青混合土试板在随沥青混凝土板槽旋转过程中，出现缝隙过大而造成的晃动现象。
本实施例中，电机2为三相异步电动机，其转速为3000转/min，功率为3000w。
如图5所示，为测试装置的受力分析简图。电阻应变片10测量弹簧钢片9的变形ε，通过公式推导出摩擦系数μ的变化规律，即抗滑系数衰减规律，具体如下：
根据应力和应变计算公式
Figure BDA0002933239720000041
得到应力与应变的关系：
其中：
Figure BDA0002933239720000042
M＝P2l0、
Figure BDA0002933239720000043
又根据P1和P2对弹簧钢片的等效关系得出：P1l1＝P2l2；
将P2的表达式代入上式，导出P1与ε0的关系：
Figure BDA0002933239720000044
载荷W是已知的，摩擦系数：
Figure BDA0002933239720000045
其中：
M——横截面上的弯矩；
I——截面的惯性矩；
y——所求正应力点的纵坐标；
σ——梁纯弯曲是任一点的正应力；
ε——梁纯弯曲是任一点的正应变；
E——弹性模量；
ε0——测得的应变值；
P1——摩擦力；
P2——摩擦力P1的等效力；
h——弹簧钢片厚度；
b——弹簧钢片宽度；
l0——弹簧钢片中点与电阻应变片下端距离；
l——弹簧钢片标距；
l1——电阻应变片中心至弹簧钢片下端边缘的距离；
l2——弹簧钢片上端边缘至环状球形磨耗头底部的距离；
本发明的测试方法包括如下步骤：
(1)将待测沥青混凝土板放置在沥青混凝土板槽里；
(2)调节升降螺栓调整橡胶球型磨耗头的高度，使橡胶球型磨耗头与沥青混凝土试板接触，在荷载固定架上增加环形配重块；利用游标卡尺测量记录弹簧钢片中点与电阻应变片下端距离l0、电阻应变片中心至弹簧钢片下端边缘的距离l1；
(3)打开电机，带动沥青混凝土试板转动，橡胶球型磨耗头对沥青混合料进行磨损，每隔预定的时间更换橡胶球形磨耗头；
(4)电阻应变仪和振子录波器实时测量电阻应变片的电阻变化，电阻应变仪记录应变值ε0，计算抗滑系数；计算方法如下：通过查找规范获得弹簧钢片弹性模量E，利用游标卡尺测量弹簧钢片宽度b、弹簧钢片厚度h、弹簧钢片标距l、记录添加的环形配重块的载荷W，根据公式
Figure BDA0002933239720000051
计算出沥青混凝土板的抗滑系数。

Claims (5)

1.一种模拟测试隧道沥青路面抗滑系数的装置，其特征在于，包括钢架，钢架的底板上通过固定支座连接有电机，电机的转轴竖向设置，电机的转轴上固连有沥青混凝土板槽，用于测试的沥青混凝土试板安装于槽中；钢架的顶板上固定连接有至少两个定滑轮，定滑轮上绕设有钢绞线，钢绞线的一端连接有平衡配重块，另一端连接弹簧钢片长度方向的一端，弹簧钢片长度方向的另一端连接荷载固定架，弹簧钢片上粘贴有电阻应变片，电阻应变片与电阻应变仪和振子录波器电连接；荷载固定架上设置有环形配重块，荷载固定架底端固连有连接筒，连接筒内连接有橡胶球型磨耗头，橡胶球型磨耗头的磨头位于连接筒外，且磨头与沥青混凝土试板接触。
2.根据权利要求1所述的一种模拟测试隧道沥青路面抗滑系数的装置，其特征在于，连接筒内固连有环形螺母，环形螺母上螺纹连接有升降螺栓，升降螺栓的底端伸出连接筒外，升降螺栓的底端具有用于连接橡胶球型磨耗头的安装孔，橡胶球型磨耗头的连接杆位于该安装孔中，橡胶球型磨耗头的磨头位于安装孔外。
3.根据权利要求2所述的一种模拟测试隧道沥青路面抗滑系数的装置，其特征在于，安装孔外的升降螺栓侧壁上开设有用于连接紧固螺栓的螺纹孔，连接紧固螺栓的螺纹孔与安装孔相通，紧固螺栓的轴线与升降螺栓的轴线相互垂直设置。
4.根据权利要求1所述的一种模拟测试隧道沥青路面抗滑系数的装置，其特征在于，沥青混凝土板槽相对设置的两侧边各开设有两个螺纹孔，穿过螺纹孔旋入紧固螺栓，将沥青混凝土板槽与沥青混凝土试板固定连接在一起。
5.一种模拟测试隧道沥青路面抗滑系数的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将待测沥青混凝土板放置在沥青混凝土板槽里；
(2)调节升降螺栓调整橡胶球型磨耗头的高度，使橡胶球型磨耗头与沥青混凝土试板接触，在荷载固定架上增加环形配重块；利用游标卡尺测量记录弹簧钢片中点与电阻应变片下端距离l0、电阻应变片中心至弹簧钢片下端边缘的距离l1；
(3)打开电机，带动沥青混凝土试板转动，橡胶球型磨耗头对沥青混合料进行磨损，每隔预定的时间更换橡胶球形磨耗头；
(4)电阻应变仪和振子录波器实时测量电阻应变片的电阻变化，电阻应变仪记录应变值ε0，计算抗滑系数；计算方法如下：通过查找规范获得弹簧钢片弹性模量E，利用游标卡尺测量弹簧钢片宽度b、弹簧钢片厚度h、弹簧钢片标距l、记录添加的环形配重块的载荷W，根据公式
Figure FDA0002933239710000021
计算出沥青混凝土板的抗滑系数。
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