CN202562820U - 一种模拟沥青路面温度应力的拉压疲劳试验装置 - Google Patents

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嵇绍华
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Abstract

本实用新型涉及公路工程沥青路面结构疲劳研究领域，公开了一种模拟沥青路面温度应力的拉压疲劳试验装置，其包括材料测控系统MTS，以及置于材料测控系统MTS的环境箱内的试件紧固组件、应力与应变测量仪器组件，其特征在于，所述试件紧固组件包括用于夹持试件的上夹头模块和下夹头模块，所述上夹头模块和下夹头模块分别安装在材料测控系统MTS的试验平台上，所述应力与应变测量仪具组件包括安装在上夹头连接件的应力传感器和安装在上下夹头模块之间的伸缩式应变测量仪。该装置可进行沥青混合料的拉压疲劳试验，评价沥青混合料在重复拉压条件下的抗疲劳性能。

Description

一种模拟沥青路面温度应力的拉压疲劳试验装置
技术领域
本实用新型涉及公路工程沥青路面结构疲劳研究领域，特别涉及一种模拟沥青路面温度应力的拉压疲劳试验装置。
背景技术
环境温度的升降必然导致沥青路面结构中存在温度梯度，从而引起路面结构产生形变趋势，当这种变形受到约束时，在路面结构内部就会产生一定的温度应力，主要表现为沥青面层结构受到张拉或压缩。随着环境温度的循环变化，使得道路沥青面层经受温度应力的反复作用，引发疲劳开裂破坏，严重影响沥青路面的耐久性。
粘弹性是沥青面层材料的显著特点，所受温度应力表现为非线性持续变化的荷载，并且伴随着应力松弛的缓慢变化过程，因此进行温度应力拉压疲劳模拟试验的过程十分复杂。目前，在美国，采用约束试件的温度应力试验(TSRST)测试沥青混合料的低温抗拉性能，模拟沥青路面在降温过程中所受的温度应力，其本质上是评价低温过程中累积温度应力所致沥青混合料的极限抗拉强度。在国内，长安大学借助于材料测试系统MTS的试验平台，制作“八字形”试件，高度为50mm，中部断面尺寸为35mm×50mm，总长为200mm，在十分缓慢的拉伸速度下(2.5×10-3～1.2×10-3mm/min)进行拉伸破坏试验；长沙理工大学引进美国SHRP计划的TSRST设备，采用低频、缓速拉伸疲劳试验模拟沥青混合料所受温度应力及疲劳特性，运用耗散能相关理论分析沥青混合料的温度应力疲劳损伤规律，并进行损伤力学分析。
现有的试验方法对沥青混合料的低温抗拉性能已进行了较深入研究，但普遍存在试件成型困难，试件紧固操作繁杂，测控技术精度低，评价指标单一，并未全面反映沥青路面材料所受的温度应力、疲劳损伤及裂缝愈合的过程，因此，开发一种操作简便、试验精度高且能全面评价沥青面层材料温度应力及疲劳特性的试验装置，较真实地模拟沥青路面材料在经受长期反复气温变化条件下的力学特性，有利于优化沥青混合料材料组成及路面结构设计，提高沥青路面的低温抗裂性能，对于延长沥青路面的使用寿命具有重要意义。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种在可控环境温度条件下的模拟沥青路面温度应力的拉压疲劳试验装置，该装置可进行沥青混合料的拉压疲劳试验，评价沥青混合料在重复拉压条件下的抗疲劳性能。
为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现。
一种模拟沥青路面温度应力的拉压疲劳试验装置，包括材料测控系统MTS，以及置于材料测控系统MTS的环境箱内的试件紧固组件、应力与应变测量仪器组件，其特征在于，所述试件紧固组件包括用于夹持试件的上夹头模块和下夹头模块，所述上夹头模块和下夹头模块分别安装在材料测控系统MTS的试验平台上，所述应力与应变测量仪具组件包括安装在上夹头连接件的应力传感器和安装在上下夹头模块之间的伸缩式应变测量仪。
本实用新型的特点和进一步改进在于：
所述上夹头模块包括上夹头卡槽、上底板、球支座底座、球支座盖板、球支座球头、上支撑板及上夹头连接件；所述上夹头连接件的一端安装在材料测控系统MTS的试验平台上，另一端固定连接球支座球头，球支座球头置于所述球支座底座和球支座盖板构成的腔室内；所述球支座底座的下方固定上底板，上底板下固定上夹头卡槽，上夹头卡槽内卡接上支撑板。所述上支撑板下固定有试件紧固夹片。
所述下夹头模块包括下夹头卡槽、下底板、下支撑板及下夹头连接件；所述下夹头连接件的一端安装在材料测控系统MTS的试验平台上，另一端固定连接下底板，下底板上固定下夹头卡槽，下夹头卡槽卡接下支撑板。所述下支撑板上固定有试件紧固夹片。
本实用新型的模拟沥青路面温度应力的拉压疲劳试验装置，依托材料测控系统MTS试验平台，具有温控功能，温度调控范围为-30℃～80℃，可以按照实验要求设置加载速度或加载频率、振幅，并即时监测应力、应变及变形，实现可控加载，测试精度高；能够真实全面地模拟沥青路面的温度应力及疲劳损伤过程，采集试验过程应力应变数据，便于进行温度应力作用下沥青路面材料的形变及疲劳断裂的机理研究。其中，上夹头模块中的上夹头连接件与上底板之间采用球支座连接，便于试验过程中安装调整，并且试件成型简单，试验过程紧固操作灵活、方便。
附图说明
下面结合附图说明和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。
图1为本实用新型一种模拟沥青路面温度应力的拉压疲劳试验装置中的应力与应变测量仪器组件与试件紧固组件的安装结构示意图。
图中：1、支撑板紧固螺栓；2、上夹头卡槽；3、上底板；4、卡槽紧固螺栓；5、球支座底座；6、球支座盖板；7、盖板紧固螺栓；8、上夹头连接件；9、应力传感器；10、球支座球头；11、球支座底座紧固螺栓；12、上支撑板；13、试件紧固夹片；14、试件；15、伸缩式应变测量仪；16、紧固夹片螺栓；17、紧固夹片螺母；18、应变测量仪底座；19、下支撑板；20、下夹头卡槽；21、下底板；22、下夹头连接件。
具体实施方式
本实用新型的模拟沥青路面温度应力的拉压疲劳试验装置，包括材料测控系统MTS，以及置于材料测控系统MTS的环境箱内的试件紧固组件、应力与应变测量仪器组件。其中，试件紧固组件包括用于夹持试件的上夹头模块和下夹头模块，上夹头模块和下夹头模块分别安装在材料测控系统MTS的试验平台上，应力与应变测量仪具组件包括安装在上夹头连接件的应力传感器和安装在上下夹头模块之间的伸缩式应变测量仪。
参照图1，为本实用新型模拟沥青路面温度应力的拉压疲劳试验装置中的应力与应变测量仪器组件与试件紧固组件的安装结构。其中，安装在上夹头连接件的应力传感器和安装在上下夹头模块之间的伸缩式应变测量仪的数据线分别连接材料测控系统MTS的数据采集端。
试件紧固组件中，上夹头模块包括支撑板紧固螺栓1、上夹头卡槽2、上底板3、卡槽紧固螺栓4、球支座底座5、球支座盖板6、盖板紧固螺栓7、球支座球头10、球支座底座紧固螺栓11、上支撑板12及上夹头连接件8。其中，上支撑板12由两个支撑板紧固螺栓1分别紧固安装在两个上夹头卡槽2内，上夹头卡槽2分别由两个卡槽紧固螺栓4紧固安装在上底板3下方，球支座球头10安装在球支座底座5与球支座盖板6构成的腔室内，球支座盖板6由两个盖板紧固螺栓7紧固安装在球支座底座5上方，球支座底座5由球支座底座紧固螺栓11紧固安装在上底板3上方。下夹头模块包括下夹头卡槽20、下底板21、卡槽紧固螺栓4、下支撑板19及下夹头连接件22。下支撑板19由两个支撑板紧固螺栓分别紧固安装在两个下夹头卡槽20内，下夹头卡槽20分别由两个卡槽紧固螺栓紧固安装在下底板21的上方。试件紧固夹片13由紧固夹片螺栓16和紧固夹片螺母17安装在上支撑板12的下方和下支撑板19的上方。
应力与应变量测仪具组件包括应力传感器9、伸缩式应变测量仪15、应变测量仪底座18。应力传感器9安装在上夹头连接件8上，伸缩式应变测量仪15安装在固定于下支撑板19上的应变测量仪底座18上。材料测控系统MTS主要包括电脑主机、显示器等硬件和施加拉伸和压缩荷载的控制软件，实时采集应力、应变数据，同步输出应力-应变图像。
采用本实施例能够进行模拟沥青路面温度应力的拉压疲劳试验。其中，沥青混合料的低温开裂及疲劳性能主要由沥青结合料类型、集料及胶浆性能决定。现选用集料最大公称粒径为9.5mm，根据马歇尔试验确定最佳沥青用量，成型车辙板，切割成25mm×25mm×150mm长方体试件。
具体试验步骤如下：
1)采用多酚型环氧树脂固化胶，将试件14与试件紧固夹片13粘结并养生固化24h；
2)组装上夹头模块、下夹头模块及附件，并把上夹头模块、下夹头模块连接于MTS试验平台上，保持合适的试验间距；
3)分别把上支撑板12和下支撑板19插入上夹头卡槽2和下夹头卡槽20内；
4)将伸缩式应变测量仪15及应变测量仪底座18安装在下支撑板19上；
5)启动材料测控系统MTS，微调上夹头模块与下夹头模块之间的间距，将试件安装于上支撑板12和下支撑板19上，并用紧固夹片螺栓16和紧固夹片螺母17固定于上支撑板12和下支撑板19上，伸缩式应变测量仪巧探头紧贴上支撑板12；
6)设定材料试验温度，并在试验要求设置温度下恒温时间在4h以上；
7)设定加载速度或加载频率、振幅进行温度应力拉压疲劳试验，实时采集应力、应变及变形数据，直至试件断裂。
尽管以上结合附图对本实用新型的实施方案进行了描述，但本实用新型并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下，在不脱离本实用新型权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本实用新型保护之列。

Claims (5)

1.一种模拟沥青路面温度应力的拉压疲劳试验装置，包括材料测控系统MTS，以及置于材料测控系统MTS的环境箱内的试件紧固组件、应力与应变测量仪器组件，其特征在于，所述试件紧固组件包括用于夹持试件的上夹头模块和下夹头模块，所述上夹头模块和下夹头模块分别安装在材料测控系统MTS的试验平台上，所述应力与应变测量仪具组件包括安装在上夹头连接件的应力传感器和安装在上下夹头模块之间的伸缩式应变测量仪。
2.根据权利要求1所述的模拟沥青路面温度应力的拉压疲劳试验装置，其特征在于，所述上夹头模块包括上夹头卡槽、上底板、球支座底座、球支座盖板、球支座球头、上支撑板及上夹头连接件；所述上夹头连接件的一端安装在材料测控系统MTS的试验平台上，另一端固定连接球支座球头，球支座球头置于所述球支座底座和球支座盖板构成的腔室内；所述球支座底座的下方固定上底板，上底板下固定上夹头卡槽，上夹头卡槽内卡接上支撑板。
3.根据权利要求2所述的模拟沥青路面温度应力的拉压疲劳试验装置，其特征在于，所述上支撑板下固定有试件紧固夹片。
4.根据权利要求1所述的模拟沥青路面温度应力的拉压疲劳试验装置，其特征在于，所述下夹头模块包括下夹头卡槽、下底板、下支撑板及下夹头连接件；所述下夹头连接件的一端安装在材料测控系统MTS的试验平台上，另一端固定连接下底板，下底板上固定下夹头卡槽，下夹头卡槽卡接下支撑板。
5.根据权利要求4所述的模拟沥青路面温度应力的拉压疲劳试验装置，其特征在于，所述下支撑板上固定有试件紧固夹片。
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