CN201378131Y - 可模拟荷载与环境综合作用的路面结构试验小型平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可模拟荷载与环境综合作用的路面结构试验小型平台，其特征在于，包括荷载控制单元、水压控制单元和试验平台；所述荷载控制单元包括液压千斤顶和液压驱动系统；所述水压控制单元包括水压同步底盘和水压驱动系统；所述试验平台为提篮型结构，所述试验结构设置于试验平台内，所述液压千斤顶和水压同步底盘分别作用于试验结构上，所述水压同步底盘设置在试验结构上表面上，所述液压千斤顶设置于试验结构上方。本实用新型可以对影响路面性能的三大影响因素——荷载、水、温度进行综合试验模拟，跟踪加载过程中路面结构的性能衰变，实现了对路面结构的快速综合验证。

Description

可模拟荷载与环境综合作用的路面结构试验小型平台

技术领域

本实用新型涉及适用于道路交通工程、机场工程中对路面和道面结构设计方案的破坏性验证试验平台。具体是一种可模拟荷载与环境综合作用的路面结构试验小型平台，其特别适合普通和特殊沥青路面结构、水泥混凝土结构，在标准荷载(单轮2.5吨)和超载100％(5吨)等荷载条件下，综合动水压力0～40KPa(相当于车速0～100Km/h时产生的动水压力)，以及路面温度从常温到70摄氏度条件下的加速加载破坏性验证试验。

背景技术

在路面和机场场道设计中，需借助试验平台对路面结构设计方案进行破坏性试验验证。而目前的试验平台主要有两种，一种是大型的加速加载试验平台APT(Accelerated PerformanceTest)，采用与实际车辆荷载相同的真实车辆轮胎，反复作用于试验路面结构上，并跟踪快速加载中的路面结构强度衰变。这种试验平台的优点是逼真的模拟，缺点是试验设备昂贵(高达上千万人民币)，试验费用高(一次试验的成本上百万人民币)，因此在世界范围内仅有十几家单位拥有试验能力，而且极少进行试验。另一种是小型试验平台，也叫足尺试验平台(FullScale Test)，采用小型的加载设备，对面积有限的路面结构进行单点的反复加载，并跟踪试验结构的强度衰变。这种试验平台的优点是试验速度快(一周内可加载100万次以上)，试验设备相对低廉(约几十万元)，试验费用低(一次试验的成本约几十万元人民币)，因此得到了广泛的应用。但是，这种试验平台仅能模拟车辆荷载对路面的破坏作用，而不能模拟车辆荷载与路面环境进行系统的模拟，特别是不能对路面积水在行驶轮胎下产生的动水压力进行模拟，造成了试验结果与实际路面使用状况差距很大、不相吻合。

近年来，我国道路频繁发生水损坏，急需要研发一种能够模拟车辆荷载与环境综合作用的小型试验平台，来验证结构设计的可靠性。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种可对不同的荷载吨位、不同车速下产生的动水压进行综合模拟试验的路面结构试验小型平台，以克服现有技术存在的上述缺陷。

本实用新型解决技术问题的技术方案如下：

一种可模拟荷载与环境综合作用的路面结构试验小型平台，其特征在于，包括荷载控制单元、水压控制单元和试验平台；

所述荷载控制单元包括液压千斤顶和液压驱动系统；

所述水压控制单元包括水压同步底盘和水压驱动系统；

所述试验平台为提篮型结构，所述试验结构设置于试验平台内，所述液压千斤顶和水压同步底盘分别作用于试验结构上，所述水压同步底盘设置在试验结构上表面上，所述液压千斤顶设置于试验结构上方。

进一步，所述小型试验平台还包括温度控制单元，其包括温度控制器和与其电性连接的微波加热板，所述微波加热板设置于试验结构表面上方，左右各一块。从而可以模拟不同季节的路面温度。

更进一步，所述试验平台包括上部开口的箱式平台主体、反力架和反力梁，试验结构设置于箱式平台主体内，所述反力架与平台主体侧壁固定连接，所述反力梁两端连接在反力架上位于平台主体上方，所述液压千斤顶固定于反力梁上。所述箱式平台主体内底部铺设一层硬橡胶板。所述硬橡胶板的厚度为4～8cm。

由以上公开的技术方案可知，本实用新型具有的优点：(1)该试验平台不但可以模拟荷载对路面的破坏作用，而且可以模拟水和温度环境因素对路面的破坏，以及荷载与环境因素的耦合，从而大大延伸的评价范围；(2)加载速度快，本实用新型在三个控制单元全部启用的条件下，可实现1000次/小时的加载速率，这是在施加水压力条件下的高速加载；(3)设备的自动化程度高，设定参数后可实现无人控制的自动循环加载；(4)控制单元可灵活组合使用，实现不同的试验评价内容；(5)试验平台使用的橡胶模拟土基，节省了试验结构的修筑工作量；(6)相对于其他加速加载设备，本实用新型的设备和运行成本都相对较低，具有广阔的应用前景。

本实用新型可以对影响路面性能的三大影响因素——荷载、水、温度进行试验模拟，可对不同的荷载吨位、不同车速下产生的动水压、以及不同季节的路面温度进行综合模拟试验，跟踪加载过程中路面结构的性能衰变，实现了对路面结构的快速综合验证。这些功能都是以往小型试验平台所不具备的，极大的拓展了试验评价范围，提高了试验评价的可靠性，缩短了试验验证时间，而且试验设备和运行费用低廉，具有广泛的应用前景。因此具有重要的理论和实际意义。

附图说明

图1为本实用新型小型平台结构示意图；

图2为本实用新型试验平台立体结构示意图；

图3为本实用新型水压同步底盘外型结构示意图；

图4为图3水压同步底盘侧视图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本实用新型。

如图1所示，本实用新型可模拟荷载与环境综合作用的路面结构试验小型平台，包括荷载控制单元、水压控制单元和试验平台；

所述荷载控制单元用来模拟车辆荷载对路面结构的反复作用，其包括液压千斤顶1和液压驱动系统，所述液压驱动系统包括液压油泵2、液压调节阀3、加压方式程序控制器4、液压油路5和设置油路上的电磁阀门。液压油泵2工作液压范围为0～6MPa，可通过液压调节阀3调节其输出压力，以达到控制荷载大小的目的；液压千斤顶1的工作范围为0～5吨(达到超载100％的荷载水平)，液压油泵2通过油路5将压力输送到液压千斤顶1，实现对路面的加载；加压方式程序控制器4通过控制油路上电磁阀门的启闭，实现对液压千斤顶1的加压与卸载控制。加压方式程序控制器4可设置手动和自动两种加压模式，手动模式下，可手工控制加压与卸载；自动模式下，可设定加压和卸载的周期以及荷载间歇时间，自动循环加压并计数；

所述水压控制单元包括水压同步底盘6和水压驱动系统，所述水压驱动系统包括水泵7、水压调节器8和水路，所述水压同步底盘6内设有腔体61，腔体61通过水路与水泵7相联通。水泵可提供0～100KPa的水压力；能够满足对行车速度0～200Km/h时产生的动水压力的模拟；水压同步底盘6直接设置在试验结构10表面，水压同步底盘6为橡胶材质，呈圆柱状，其下端设有开放式腔体61，上表面设有通向腔体61的入水口62，如图3和图4所示。水压调节器8可调节水泵7输出的水压力，并通过水路传递到水压同步底盘6的腔体61内，从而最终作用于试验结构表面。施加荷载时，底盘可被压缩变形，盘底直接触及路表，将荷载传递给路面试验结构。

所述试验平台9为提篮型结构，所述试验结构10设置于试验平台9内，所述液压千斤顶1和水压同步底盘6分别作用于试验结构10上，所述水压同步底盘6设置在试验结构10上表面上，所述液压千斤顶1设置于试验结构10上方。所述试验平台9包括上部开口的箱式平台主体91、反力架92和反力梁93，试验结构设置于箱式平台主体91内，所述反力架92与平台主体91侧壁固定连接，所述反力梁93两端连接在反力架92上位于平台主体91上方，所述液压于斤顶1固定于反力梁93上可对路面结构施加荷载。试验平台9尺寸为：1.2m(长)×1.2m(宽)×1.2m(高)，可容纳各种结构厚度的试验结构10。由于加载点位于试验结构10的平面中心，加载直径仅30cm(略大于重型货车轮胎接地直径)，试验结构的侧壁对受荷区域内的应力分布无明显影响。

试验平台主体91内底部铺设一层5cm厚硬橡胶板94。底部铺一层硬橡胶板，其抗压回弹模量约40MPa，与实际路基刚度相近，用来模拟实际路基，极大地降低了修建试验结构的工作量。

还包括温度控制单元，其包括温度控制器11和与其电性连接的微波加热板12，所述微波加热板12设置于试验结构10表面上方，左右各一块，输出功率为5KW，可对试验结构进行加热；温度控制器可监测和预设路面加热温度，并控制加热板的启闭，实现对路面温度的控制，路面温度的设定范围为25～70摄氏度，可模拟路面常温状态和夏季高温季节的路面温度。

本实用新型的工作流程如下：

a)首先在试验平台上，按照路面结构的实际厚度修筑试验结构10，例如本实施例中的路面结构包括路面垫层101、路面基层102和路面面层103；

b)根据试验的目的，调节液压油泵2上的液压调节阀3，设定液压千斤顶1的工作压力；设定为2.5吨，可模拟标准轮载对路面的作用；设定为5吨，可模拟超载100％的轮载对路面的作用；也可根据试验目的设定为其间任意值；

c)设定加压方式程序控制器4，可设定为手动加载，人工启动和停止加载；也可以设定为自动加载，并进一步设定加载时间、卸载时间、荷载间歇时间，从而设定了典型加载周期，启动后自动循环加载并计数；

d)设定水压调节器8至试验设定值。例如试验结构为高速公路路面结构，该道路上车辆的设计车速为120公里/小时，在这种情况下，实际路面上将会产生56KPa的动水压力。因此，可将水压调节器设定为56KPa来模拟这种情况。

e)温度控制器上设置路面温度。例如要试验内容夏季高温季节路面累计变形，则可将路面温度设置为夏季路面实际测量得到的某一代表温度，启动加热，则温控器可实现对路面温度的自动稳定控制；

f)上述设定完成后，可启动系统，开始对试验结构10进行试验。此时，在模拟温度下，以实际车辆荷载水平以及路面实际动水压，对试验结构进行加速加载的破坏性验证试验。

本实用新型的基本工作原理是：

a)通过荷载控制单元的工作，实现对道路上实际车辆轮载的模拟，荷载水平可达标准设计荷载(单轮2.5吨)的2倍，即超载100％的水平；

b)通过水压控制单元的工作，实现对道路上动水压的模拟，模拟的范围为车速0～200Km/h时产生的动水压力，从而将水对路面结构的损坏纳入了试验评价的范围；

c)通过温度控制单元，实现对实际路面温度的模拟。实验室内往往无法模拟夏季野外太阳直射条件下的路面温度状况，因此借助加热板对试验结构进行人工加热，从而将温度对路面结构的影响纳入试验评价的范围；

d)试验平台提供了橡胶底层来模拟实际道路的土基，大大降低的试验结构的修筑工作量，而且试验结构的尺寸能满足各种道路结构的需要；

e)通过三个试验控制单元的协同工作，实现了对荷载、水和温度的模拟加速试验，从而将更多的环境影响因素纳入了试验评价，延伸的评价范围，提高了评价的可靠性。而且3个控制单元可单独使用或两两组合使用，方便灵活。

Claims (9)

1.一种可模拟荷载与环境综合作用的路面结构试验小型平台，其特征在于，包括荷载控制单元、水压控制单元和试验平台；

所述荷载控制单元包括液压千斤顶和液压驱动系统；

所述水压控制单元包括水压同步底盘和水压驱动系统；

所述试验平台为提篮型结构，所述试验结构设置于试验平台内，所述液压千斤顶和水压同步底盘分别作用于试验结构上，所述水压同步底盘设置在试验结构上表面上，所述液压千斤顶设置于试验结构上方。

2.根据权利要求1所述的可模拟荷载与环境综合作用的路面结构试验小型平台，其特征在于，所述试验平台包括上部开口的箱式平台主体、反力架和反力梁，试验结构设置于箱式平台主体内，所述反力架与平台主体侧壁固定连接，所述反力梁两端连接在反力架上位于平台主体上方，所述液压千斤顶固定于反力梁上。

3.根据权利要求1所述的可模拟荷载与环境综合作用的路面结构试验小型平台，其特征在于，还包括温度控制单元，其包括温度控制器和与其电性连接的微波加热板，所述微波加热板设置于试验结构表面上方，左右各一块。

4.根据权利要求1所述的可模拟荷载与环境综合作用的路面结构试验小型平台，其特征在于，所述液压驱动系统包括液压油泵、液压调节阀、加压方式程序控制器、液压油路和设置油路上的电磁阀门。

5.根据权利要求1所述的可模拟荷载与环境综合作用的路面结构试验小型平台，其特征在于，所述水压驱动系统包括水泵、水压调节器和水路，所述水压同步底盘内设有腔体，腔体通过水路与水泵相联通。

6.根据权利要求2所述的可模拟荷载与环境综合作用的路面结构试验小型平台，其特征在于，所述箱式平台主体内底部铺设一层硬橡胶板。

7.根据权利要求6所述的可模拟荷载与环境综合作用的路面结构试验小型平台，其特征在于，所述硬橡胶板的厚度为4～8cm。

8.根据权利要求4所述的可模拟荷载与环境综合作用的路面结构试验小型平台，其特征在于，所述液压油泵液压工作范围为0～6MPa，液压千斤顶的工作范围为0～5吨。

9.根据权利要求4所述的可模拟荷载与环境综合作用的路面结构试验小型平台，其特征在于，所述水压同步底盘呈圆柱状，其下端设有开放式腔体，上表面设有通向腔体的入水口。

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