CN114858578A - 一种刚柔复合式路面沥青混合料的疲劳试验装置及方法 - Google Patents

一种刚柔复合式路面沥青混合料的疲劳试验装置及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114858578A
CN114858578A CN202210507626.6A CN202210507626A CN114858578A CN 114858578 A CN114858578 A CN 114858578A CN 202210507626 A CN202210507626 A CN 202210507626A CN 114858578 A CN114858578 A CN 114858578A
Authority
CN
China
Prior art keywords
clamps
loading
maximum
fatigue test
displacement
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210507626.6A
Other languages
English (en)
Inventor
潘月
陈燕
夏磊
宋顺利
张莉莉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sinoma International Engineering Co ltd
Original Assignee
Sinoma International Engineering Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sinoma International Engineering Co ltd filed Critical Sinoma International Engineering Co ltd
Priority to CN202210507626.6A priority Critical patent/CN114858578A/zh
Publication of CN114858578A publication Critical patent/CN114858578A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/02—Details
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/02—Details
    • G01N3/04—Chucks
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/32—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying repeated or pulsating forces
    • G01N3/36—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying repeated or pulsating forces generated by pneumatic or hydraulic means
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A30/00—Adapting or protecting infrastructure or their operation
    • Y02A30/30—Adapting or protecting infrastructure or their operation in transportation, e.g. on roads, waterways or railways

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

本发明公开了一种刚柔复合式路面沥青混合料的疲劳试验装置及方法，其中疲劳试验装置包括中间夹具一、中间夹具二和两个端部夹具，两个中间夹具上设有加载压头，两个中间夹具相互分离设置，加载压头与中间夹具刚性连接，两个加载压头分别连接不同的加载装置；在梁中心点及两个中间夹具上各设有位移传感器，分别用于测量梁中心位移及两个中间夹具位移；试验时，通过两个加载压头施加不同的荷载模拟接缝处沥青路面的受力变化。本发明针对刚柔复合式路面结构的受力特性，通过改进四点弯曲疲劳试验装置和循环荷载的波形，能够模拟实际车辆荷载经过接缝时沥青层的受力过程，进而有效提高疲劳寿命的预测精度，为刚柔复合式路面的结构设计提供参考。

Description

一种刚柔复合式路面沥青混合料的疲劳试验装置及方法
技术领域
本发明涉及沥青混合料疲劳性能检测，具体涉及一种刚柔复合式路面沥青混合料的疲劳试验装置及方法。
背景技术
《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的四点弯曲疲劳试验方法常用于检测沥青混合料的疲劳性能，对应的四点弯曲疲劳试验装置包括四个夹具，其中外侧的两个夹具固定，中间的两个夹具可动；但中间的两个夹具是联结的，且两个夹具上的加载压头连接的是同一气动或液压加载装置，试验中两个夹具受到统一的荷载并产生相同的位移。这样的设置可以产生均匀的弯拉应力，模拟沥青混凝土梁在弯拉荷载作用下的疲劳性能，但却无法模拟剪切应力的工况。
刚柔复合式路面结构，其沥青层在荷载作用下的疲劳破坏是弯拉和剪切综合作用的结果。具体来说，由于水泥混凝土的收缩特性，以该类材料为基层时通常不会形成连续结构，而是包含有大量接缝。接缝处一般不能承受拉应力，承受剪应力的能力也较弱，因此接缝顶面的沥青面层极易受到伤害，并在交通荷载作用下产生开裂。这种裂缝是弯拉应力与剪应力综合作用的结果，如图1所示：当荷载临近接缝时，接缝两侧产生相对位移，进而在沥青面层中引起较大的剪切应力；而当荷载位于接缝上方时，相邻两板间无相对位移或相对位移较小，此时沥青面层主要承受弯拉应力作用；最后，当荷载驶离接缝时，面层承受与荷载临近接缝时相反的剪切应力；整个过程中沥青面层会受到2次剪切和1次弯拉作用。
综上，现有的四点弯曲疲劳试验装置及方法只能模拟弯拉荷载，无法反映剪切作用，因而不能完全反映刚柔复合式路面荷载型疲劳的特征，有必要针对刚柔复合式路面结构的受力特点，提出更为合理的疲劳试验装置及方法。
发明内容
发明目的：本发明的目的是根据刚柔复合式路面结构的受力特性，提出一种综合考虑弯拉应力和剪切应力作用的沥青混合料疲劳试验装置及方法。
技术方案：本发明所述的刚柔复合式路面沥青混合料的疲劳试验装置，包括中间夹具一、中间夹具二和两个端部夹具，两个中间夹具上设有加载压头，两个中间夹具相互分离设置，加载压头与中间夹具刚性连接，两个加载压头分别连接不同的加载装置；在梁中心点及两个中间夹具上各设有一位移传感器，分别用于测量梁中心位移及两个中间夹具位移。
进一步地，四个夹具在梁上三等分间距布设。
本发明还保护一种刚柔复合式路面沥青混合料的疲劳试验方法，采用上述的疲劳试验装置，包括如下步骤：
(1)参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》要求，对梁试件加载循环荷载，达到终止条件时，停止加载并记录梁试件的疲劳寿命；
(2)计算疲劳试验性能指标，包括：
最大弯拉应力，计算公式为
Figure BDA0003638027210000021
其中P为荷载峰值；L表示梁跨距，即两个端部夹具的间距；w表示梁宽，h表示梁高；
最大弯拉应变，计算公式为
Figure BDA0003638027210000022
其中δ0表示梁中心的最大位移；
弯曲劲度模量，采用《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的计算方法；
达到剪力最大值状态时，梁中心处的最大剪应力，计算公式为
Figure BDA0003638027210000023
达到剪力最大值状态时，梁中心处的最大剪应变，计算公式为
Figure BDA0003638027210000024
其中μ表示梁的泊松比，δ1表示达到剪力最大值状态时中间夹具一的位移，δ2表示达到剪力最大值状态时中间夹具二的位移。
进一步地，步骤(1)中循环荷载单个周期内的表达式为：
Figure BDA0003638027210000025
Figure BDA0003638027210000026
其中P1为中间夹具一上所施加的荷载，P2为中间夹具二上所施加的荷载，T为加载周期。
进一步地，实际加载时，使用控制应变的加载模式，根据需求设置目标弯拉应变的大小；加载频率为10Hz；试验终止条件为梁试件的弯曲劲度模量降低至初始值的50％对应的循环加载次数。
有益效果：本发明与现有技术相比，具有如下显著优点：
本发明针对刚柔复合式路面结构的受力特性，通过改进四点弯曲疲劳试验装置和循环荷载的波形，能够模拟实际车辆荷载经过接缝时沥青层的受力过程，进而有效提高疲劳寿命的预测精度，为刚柔复合式路面的结构设计提供重要参考。
附图说明
图1是刚柔复合式路面在交通荷载作用下的疲劳裂缝机理图；
图2是疲劳试验装置的结构示意图；
图3是图2的正视图；
图4是疲劳试验施加的循环荷载波形图；
图5是循环荷载所引起的梁中心处剪力和弯矩的变化曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图2和图3所示，一种刚柔复合式路面沥青混合料的疲劳试验装置，包括中间夹具一1、中间夹具二2和两个端部夹具，四个夹具在梁上三等分间距布设。两个中间夹具上刚性连接有加载压头，使其能够提供拉力和压力两种荷载。两个中间夹具相互分离设置，即解除了两个中间夹具的联结。两个加载压头分别连接不同的气动或液压加载装置，两个加载装置由同一控制系统控制，通过在两个中间夹具上分配不同的力来模拟荷载经过接缝时沥青路面的受力变化过程。在梁中心点表面设置位移传感器，同时在两个中间夹具上各增设一位移传感器，三个位移传感器分别用于测量梁中心位移及两个中间夹具位移。本实施例中，位移传感器采用LVDT位移传感器。
下面介绍应用上述疲劳试验装置进行沥青混合料疲劳试验的方法，包括如下步骤：
步骤1、试验准备。
参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》的要求切割梁试件，梁试件的尺寸应符合长度380mm±5mm，高度50mm±6mm，宽度63mm±6mm的要求。对梁试件尺寸参数和体积参数进行检验，并按照规范要求进行养生。养生完成后将梁试件放入疲劳试验装置内，用夹具进行固定，并放置位移传感器，其中一个放在梁试件中心的表面，另外两个放在两个中间夹具的表面。调整传感器读数使之尽可能接近于零。
步骤2、试验参数选择。
试验所加循环荷载的波形如图4所示，该循环荷载在单个周期内的表达式如下：
Figure BDA0003638027210000031
Figure BDA0003638027210000032
其中P为荷载峰值，P1为中间夹具一1上所施加的荷载，P2为中间夹具二2上所施加的荷载，T为加载周期。图5给出了循环荷载所引起的梁中心处剪力和弯矩的变化曲线，可以看出，一个周期内，A→B是从零加载到剪力最大值，B→C是从剪力最大值过渡到弯矩峰值，C→D是从弯矩峰值过渡到反向剪力最大值，D→E表示卸载阶段。
实际加载时，使用控制应变的加载模式，根据需求设置目标弯拉应变的大小、加载频率以及试验终止条件。本实施例中，试验温度选为15℃，加载频率定为10Hz，试验终止条件为梁试件的弯曲劲度模量降低至初始值的50％对应的循环加载次数。
步骤3、参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》要求进行循环加载。
首先在目标应变水平下进行50个循环的预加载，确定初始的基准劲度模量。之后开始正式试验，试验机在50个循环内调整到目标弯拉应变的水平，并按照选择的加载循环间隔监控和记录试验参数和结果。当试件达到终止条件时，停止加载并记录疲劳寿命。
疲劳试验所涉及的主要指标计算方法如下：
最大弯拉应力，计算公式为
Figure BDA0003638027210000041
其中P为荷载峰值；L表示梁跨距，即两个端部夹具的间距；w表示梁宽，h表示梁高。
最大弯拉应变，计算公式为
Figure BDA0003638027210000042
其中δ0表示梁中心的最大位移。
弯曲劲度模量，计算公式为
Figure BDA0003638027210000043
达到剪力最大值状态时，梁中心处的最大剪应力，计算公式为
Figure BDA0003638027210000044
达到剪力最大值状态时，梁中心处的最大剪应变，计算公式为
Figure BDA0003638027210000045
其中μ表示梁的泊松比，δ1表示达到剪力最大值状态时中间夹具一1的位移，δ2表示达到剪力最大值状态时中间夹具二2的位移。
现有四点弯曲疲劳试验方法中的指标包括最大拉应力、最大拉应变以及弯曲劲度模量，本发明中扩充了剪力相关指标。

Claims (5)

1.一种刚柔复合式路面沥青混合料的疲劳试验装置，包括中间夹具一(1)、中间夹具二(2)和两个端部夹具，两个中间夹具上设有加载压头，其特征在于：两个中间夹具相互分离设置，加载压头与中间夹具刚性连接，两个加载压头分别连接不同的加载装置；在梁中心点及两个中间夹具上各设有一位移传感器，分别用于测量梁中心位移及两个中间夹具位移。
2.根据权利要求1所述的疲劳试验装置，其特征在于：四个夹具在梁上三等分间距布设。
3.一种刚柔复合式路面沥青混合料的疲劳试验方法，采用权利要求1或2所述的疲劳试验装置，其特征在于：包括如下步骤：
(1)参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》要求，对梁试件加载循环荷载，达到终止条件时，停止加载并记录梁试件的疲劳寿命；
(2)计算疲劳试验性能指标，包括：
最大弯拉应力，计算公式为
Figure FDA0003638027200000011
其中P为荷载峰值；L表示梁跨距，即两个端部夹具的间距；w表示梁宽，h表示梁高；
最大弯拉应变，计算公式为
Figure FDA0003638027200000012
其中δ0表示梁中心的最大位移；
弯曲劲度模量，采用《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的计算方法；
达到剪力最大值状态时，梁中心处的最大剪应力，计算公式为
Figure FDA0003638027200000013
达到剪力最大值状态时，梁中心处的最大剪应变，计算公式为
Figure FDA0003638027200000014
其中μ表示梁的泊松比，δ1表示达到剪力最大值状态时中间夹具一(1)的位移，δ2表示达到剪力最大值状态时中间夹具二(2)的位移。
4.根据权利要求3所述的疲劳试验方法，其特征在于：步骤(1)中循环荷载单个周期内的表达式为：
Figure FDA0003638027200000015
Figure FDA0003638027200000016
其中P1为中间夹具一(1)上所施加的荷载，P2为中间夹具二(2)上所施加的荷载，T为加载周期。
5.根据权利要求4所述的疲劳试验方法，其特征在于：实际加载时，使用控制应变的加载模式，根据需求设置目标弯拉应变的大小；加载频率为10Hz；试验终止条件为梁试件的弯曲劲度模量降低至初始值的50％对应的循环加载次数。
CN202210507626.6A 2022-05-11 2022-05-11 一种刚柔复合式路面沥青混合料的疲劳试验装置及方法 Pending CN114858578A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210507626.6A CN114858578A (zh) 2022-05-11 2022-05-11 一种刚柔复合式路面沥青混合料的疲劳试验装置及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210507626.6A CN114858578A (zh) 2022-05-11 2022-05-11 一种刚柔复合式路面沥青混合料的疲劳试验装置及方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114858578A true CN114858578A (zh) 2022-08-05

Family

ID=82637378

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210507626.6A Pending CN114858578A (zh) 2022-05-11 2022-05-11 一种刚柔复合式路面沥青混合料的疲劳试验装置及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114858578A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Mazzotti et al. A new single-shear set-up for stable debonding of FRP–concrete joints
Realfonzo et al. Experimental investigation of the mechanical connection between FRP laminates and concrete
Li et al. Experimental study on the flexural behaviour of notched steel beams strengthened by prestressed CFRP plate with an end plate anchorage system
Cheng et al. Fatigue tests of welded connections between longitudinal stringer and deck plate in railway bridge orthotropic steel decks
CN111189694A (zh) 一种无砟轨道层间界面断裂韧性测试方法
CN106092775B (zh) 水泥混凝土桥面铺装层与桥面板层间抗剪刚度测试方法
CN103048264A (zh) 碳纤维粘贴加固的锚固性能检测试验装置及其测试方法
CN101603900B (zh) 一种直接测定早龄期混凝土轴向拉伸强度的自平衡测试装置及测定方法
CN114839053B (zh) Crtsⅱ型纵连板式无砟轨道层间界面损伤检测方法
Graybeal et al. Direct and flexural tension test methods for determination of the tensile stress-strain response of UHPFRC
Mudie et al. Experimental study of moment sharing in multi-joist timber-concrete composite floors from zero load up to failure
Feldmann et al. Fatigue behavior of shear connectors in high performance concrete
Pincus Behavior of wood-concrete composite beams
CN203117056U (zh) 一种碳纤维粘贴加固的锚固性能检测试验装置
CN112964553A (zh) 一种水泥土单轴拉伸试验仪及试验方法
CN114858578A (zh) 一种刚柔复合式路面沥青混合料的疲劳试验装置及方法
CN205607767U (zh) 一种测试frp布应力松弛的装置
CN110044738B (zh) 焊缝多轴应力可控施加的疲劳试验装置及其应用方法
Spooner Stress-strain-time relationships for concrete
Chen et al. Study of fatigue cracks in steel bridge components using acoustic emissions
Momeni et al. Effect of concrete release strength on the development length and flexural capacity of members made with different prestressing wires commonly used in pretensioned concrete railroad ties
Arnold et al. A test method and deterioration model for joints and cracks in concrete slabs
Jiang Bond performance of high-capacity strands in high strength concrete
Chen et al. Development of a composite specimen interface cracking (CSIC) test for top-down cracking
Castaneda et al. Field test method for residual stress in plain concrete pavements and structures

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination