CN202793921U - 基于8字形试件的路面材料拉剪强度及拉剪疲劳测试装置 - Google Patents

基于8字形试件的路面材料拉剪强度及拉剪疲劳测试装置 Download PDF

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李晓军
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Abstract

本实用新型公开了一种基于8字形试件的路面材料拉剪强度及拉剪疲劳测试装置，包括测试模具、水平拉力加载机构、竖向推力加载机构和位移检测单元；测试模具包括两个分别套装于被测试件两端的仅能在水平方向上左右移动的模具一和仅能在竖直方向上上下移动的模具二，水平拉力加载机构通过模具一对被测试件施加水平拉力，竖向推力加载机构通过模具二由下至上对被测试件施加一次竖向推力或多次重复施加竖向推力；被测试件为8字形试件，所述模具一和模具二内开有供被测试件安装的弧形试件夹持腔。本实用新型结构简单、加工制作及拆装方便、使用操作方便且使用效果好、测试结果准确，能简便实现水平拉力与竖向推力同步加载，且加载力大小调整方便。

Description

基于8字形试件的路面材料拉剪强度及拉剪疲劳测试装置
技术领域
本实用新型属于道路工程材料拉伸剪切强度与拉伸剪切疲劳测试技术领域，尤其是涉及一种基于8字形试件的路面材料拉剪强度及拉剪疲劳测试装置。
背景技术
近年来，随着我国经济建设的不断发展，大吨位车辆对道路工程的使用带来了很大的破坏，其中一个很重要的破坏现象是车辙。车辙是由路面剪切破坏造成的，近期研究成果表明，剪应力的组成方式，有可能是造成路面结构疲劳破坏的主要因素，相同剪应力条件下，直接拉剪的疲劳寿命远远小于压剪疲劳寿命。随着科学技术不断发展和进步以及人们对于车辆荷载需求的日益增大，大吨位车辆对道路工程的破坏日益严重。因而，目前急需一种结构简单、设计合理、使用操作简便且测试效果好、能对路面材料拉剪强度及拉剪疲劳进行准确测试的方法和装置，以对路面剪切破坏造成车辙等路面破损问题产生的具体原因和产生过程进行准确分析和评价。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于8字形试件的路面材料拉剪强度及拉剪疲劳测试装置，其结构简单、加工制作及拆装方便、使用操作方便且使用效果好、测试结果准确，能简便实现水平拉力与竖向推力同步加载，且加载力大小调整方便。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种基于8字形试件的路面材料拉剪强度及拉剪疲劳测试装置，其特征在于：包括对被测试件进行夹持的测试模具、对被测试件持续施加水平拉力的水平拉力加载机构、水平拉力加载过程中同步对被测试件施加竖向推力的竖向推力加载机构和竖向推力加载过程中对被测试件所发生位移进行实时检测的位移检测单元；所述测试模具包括两个分别紧固套装于被测试件左右两侧外部的试件夹持模具，且所述水平拉力与竖向推力加载之前，所述被测试件水平夹装于模具一和模具二之间；两个所述试件夹持模具分别为仅能在水平方向上进行左右移动的模具一和仅能在竖直方向上进行上下移动的模具二，所述模具一外侧安装有在竖直方向上对模具一进行限位的竖向限位装置，且模具二上外侧安装有在水平方向上对模具二进行限位的水平向限位装置，所述模具二通过弹簧竖直悬挂于不动物件上；所述水平拉力加载机构布设于模具一外侧，且其为通过模具一对被测试件持续施加水平拉力的加载机构；所述竖向推力加载机构位于模具二下方，且其为通过模具二由下至上对被测试件施加一次竖向推力或多次重复施加竖向推力的加载机构；
所述被测试件为8字形试件，所述模具一和模具二的结构和尺寸均相同，且二者均为内部开有试件夹持腔的立方体模具，所述试件夹持腔的结构和尺寸均与被测试件端部的结构和尺寸相同，所述试件夹持腔为弧形腔。
上述基于8字形试件的路面材料拉剪强度及拉剪疲劳测试装置，其特征是：所述8字形试件的横截面外轮廓线由圆弧一、与所述圆弧一相接的圆弧二、与所述圆弧二相接的圆弧三和与所述圆弧三相接的圆弧四组成的封闭曲线，所述圆弧四与所述圆弧一相接，所述圆弧一和圆弧三呈左右对称布设且二者均为凸弧，所述圆弧二和所述圆弧四呈上下对称布设且二者均为凹弧，所述圆弧一、圆弧二、圆弧三和圆弧四的半径均相同，且所述圆弧一和圆弧三的圆心相同；所述圆弧二和所述圆弧四所对的圆心角均为2×arcsin0.75。
上述基于8字形试件的路面材料拉剪强度及拉剪疲劳测试装置，其特征是：所述水平拉力加载机构包括在自身重力作用下对被测试件施加水平拉力的配重物、对所述配重物进行提吊的提吊绳索和布设于模具一外侧的转向滑轮，所述提吊绳索的一端固定在模具一的外侧壁上，且提吊绳索的另一端绕过转向滑轮后固定在所述配重物上，所述模具一与转向滑轮之间的提吊绳索呈水平向布设，且转向滑轮与所述配重物之间的提吊绳索呈竖直向布设。
上述基于8字形试件的路面材料拉剪强度及拉剪疲劳测试装置，其特征是：所述位移检测单元包括对被测试件在竖直方向上的位移进行实时检测的竖向位移传感器，所述竖向位移传感器布设在模具二上。
上述基于8字形试件的路面材料拉剪强度及拉剪疲劳测试装置，其特征是：还包括用于输入试件竖向位移上限值的参数输入单元一、对竖向位移传感器所检测位移信息进行分析处理的数据处理器和多次重复施加竖向推力过程中对所述竖向推力加载机构施加在被测试件上的竖向推力加载次数进行自动统计的计数器，所述参数输入单元一、计数器和竖向位移传感器均与数据处理器相接。
上述基于8字形试件的路面材料拉剪强度及拉剪疲劳测试装置，其特征是：还包括用于输入所述水平拉力加载机构所施加水平拉力值F水平和所述竖向推力加载机构所施加竖向推力值F竖向的参数输入单元二，所述参数输入单元二与数据处理器相接；所述竖向推力加载机构为电动振动锤或电动活塞；所述电动振动锤和电动活塞均由所述数据处理器进行控制，且二者均与数据处理器相接。
上述基于8字形试件的路面材料拉剪强度及拉剪疲劳测试装置，其特征是：所述竖向限位装置包括两道呈平行布设的水平滑槽，所述模具一卡装在两道所述水平滑槽之间，且模具一能沿两道所述水平滑槽进行水平移动；所述水平向限位装置包括两道呈平行布设的竖向滑道，所述模具二卡装在两道所述竖向滑道之间，且模具二能沿两道所述竖向滑道进行上下移动。
上述基于8字形试件的路面材料拉剪强度及拉剪疲劳测试装置，其特征是：所述配重物包括绑扎固定在提吊绳索上的砝码盘和放置于砝码盘内的砝码。
上述基于8字形试件的路面材料拉剪强度及拉剪疲劳测试装置，其特征是：所述竖向推力加载机构为振动锤或活塞；所述位移检测单元还包括对被测试件在水平方向上的位移进行实时检测的水平位移传感器，所述水平位移传感器布设在模具一上或布设在模具一与模具二之间的空隙处。
上述基于8字形试件的路面材料拉剪强度及拉剪疲劳测试装置，其特征是：所述被测试件通过粘贴胶紧固固定在所述试件夹持腔内。
本实用新型与现有技术相比具有以下优点：
1、结构简单、设计合理且加工制作及拆装方便。
2、使用操作简便，能简便实现对被测试件同步施加拉力和剪力，实际测试之前，只需将被测试路面材料制作为被测试件并采用本实用新型进行测试即可。
3、加载方式灵活，具有两种加载方法，其中一种方式是在水平拉力加载的同时，由下至上对被测试件施加一次竖向推力，以对被测试件的拉剪强度进行快速、准确测试；另一种方式是在水平拉力加载的同时，由下至上对被测试件施加多次竖向推力直至被测试件剪切破坏，以对被测试件的拉剪疲劳寿命进行快速、准确测试。
4、被测试件采用8字形试件，其结构设计合理，水平拉力与竖向推力加载方便。
5、所采用的模具一和模具二结构简单、设计合理且使用效果好，二者内部分别设置有与被测试件两端结构一致的弧形试件夹持腔，实际使用时，能简便、牢固地度被测试件进行可靠夹持。
6、所采用的竖直向限位装置和水平向限位装置结构简单、设计合理且加工制作及拆装方便，投入成本低，同时由于模具一和模具二均为立方体模具，因而竖直向限位装置和水平向限位装置的限位实现起来非常方便，并且二者限位精度较高。
7、使用效果好且测试结果准确，水平拉力加载机构与竖向推力加载机构均不直接对被测试件进行加载，实际测试时，水平拉力加载机构通过模具一对被测试件进行水平拉力加载，而竖向推力加载机构通过模具二对被测试件进行竖向推力加载，同时加载过程中通过位移传感器对被测试件所发生位移进行准确测试。实际测试时，通过竖直向位移受约束的模具一和水平向位移受约束的模具二简便实现了拉力和剪力同步加载，能有效对被测试件的拉剪强度与拉剪疲劳寿命进行快速、准确测试，弥补了目前道路工程中没有测试路面材料拉剪强度与拉剪疲劳寿命的相关方法和测试仪器的不足，相应有效解决了当前路面材料拉剪疲劳寿命无法确定的问题。
8、加载方式简单方便且易于实现，通过简单的砝码和活塞就能实现恒定加载或者循环加载，并且可以通过砝码的重量变换任意改变所加载水平拉力的大小；所采用的电动活塞不直接与模具二连接，两者本为分离状态，只有当需要对被测试件加载时，活塞才由下至上对模具二进行加载，且测试效果准确，由位移传感器可以精确的测定试件的位移变形。
9、适用面广，适用于大部分沥青路面材料的拉剪强度与拉剪疲劳寿命测试，同时也可用于测试其他材料的拉剪强度与拉剪疲劳寿命，如岩体、土体等地质工程等方面的材料。
10、实验结果稳定，测试结果可以初步确定材料的拉剪强度与拉剪疲劳寿命。
11、实用价值高，测试结果能初步测定试件的拉剪疲劳寿命，能有效解决路面工程多年来所遇的破坏问题，如车辙等。
综上所述，本实用新型结构简单、加工制作及拆装方便、使用操作方便且使用效果好、测试结果准确，能简便实现水平拉力与竖向推力同步加载，且加载力大小调整方便。
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本实用新型的使用状态参考图。
图2为本实用新型的电路原理框图。
图3为本实用新型所采用水平向限位装置的使用状态参考图。
附图标记说明：
1—被测试件；             2—模具一；                3—模具二；
4—弹簧；                 5—竖向位移传感器；        6—水平位移传感器；
7—滚珠；                 8—计数器；                9—数据处理器；
10-1—提吊绳索；          10-2—砝码盘；             10-3—转向滑轮；
10-4—砝码；              11—电动活塞；             13—触摸式显示屏；
14—支撑固定框架；        15—水平滑槽；             16—竖向滑道；
17—竖向限位件；          18—螺钉二；               19—不动物件；
20—固定夹；              21—螺钉一。
具体实施方式
如图1、图2所示，本实用新型包括对被测试件1进行夹持的测试模具、对被测试件1持续施加水平拉力的水平拉力加载机构、水平拉力加载过程中同步对被测试件1施加竖向推力的竖向推力加载机构和竖向推力加载过程中对被测试件1所发生位移进行实时检测的位移检测单元；所述测试模具包括两个分别紧固套装于被测试件1左右两侧外部的试件夹持模具，且所述水平拉力与竖向推力加载之前，所述被测试件1水平夹装于模具一2和模具二3之间。两个所述试件夹持模具分别为仅能在水平方向上进行左右移动的模具一2和仅能在竖直方向上进行上下移动的模具二3，所述模具一2外侧安装有在竖直方向上对模具一2进行限位的竖向限位装置，且模具二3上外侧安装有在水平方向上对模具二3进行限位的水平向限位装置，所述模具二3通过弹簧4竖直悬挂于不动物件19上。所述水平拉力加载机构布设于模具一2外侧，且其为通过模具一2对被测试件1持续施加水平拉力的加载机构。所述竖向推力加载机构位于模具二3下方，且其为通过模具二3由下至上对被测试件1施加一次竖向推力或多次重复施加竖向推力的加载机构。
所述被测试件1为8字形试件，所述模具一2和模具二3的结构和尺寸均相同，且二者均为内部开有试件夹持腔的立方体模具，所述试件夹持腔的结构和尺寸均与被测试件1端部的结构和尺寸相同，所述试件夹持腔为弧形腔。
本实施例中，所述8字形试件的横截面外轮廓线由圆弧一、与所述圆弧一相接的圆弧二、与所述圆弧二相接的圆弧三和与所述圆弧三相接的圆弧四组成的封闭曲线，所述圆弧四与所述圆弧一相接，所述圆弧一和圆弧三呈左右对称布设且二者均为凸弧，所述圆弧二和所述圆弧四呈上下对称布设且二者均为凹弧，所述圆弧一、圆弧二、圆弧三和圆弧四的半径均相同，且所述圆弧一和圆弧三的圆心相同；所述圆弧二和所述圆弧四所对的圆心角均为2×arcsin0.75。
实际加工制作时，所述模具一2和模具二3之间的缝隙宽度为0.5cm～2cm。本实施例中，所述模具一2和模具二3之间的缝隙宽度为1.75cm。
所述水平拉力与竖向推力加载之前，所述被测试件1呈水平布设。
本实施例中，所述模具一2紧固套装于被测试件1的左端外侧，且模具二3紧固套装于被测试件1的右端外侧。
实际使用过程中，也可以将所述模具一2紧固套装于被测试件1的右端外侧，而模具二3紧固套装于被测试件1的左端外侧。
本实施例中，所述圆弧一、圆弧二、圆弧三和圆弧四的半径均为0.05m，所述圆弧二和所述圆弧四所对的弦长为0.075m，所述被测试件1的厚度为0.07m。
本实施例中，所述模具一2和模具二3的结构和尺寸均相同，且二者的材质均为钢或有机玻璃。所述模具一2和模具二3均为内部开有试件夹持腔的立方体模具，所述试件夹持腔的结构和尺寸均与被测试件1端部的结构和尺寸相同。
实际测试过程中，所述模具一2和模具二3之间的缝隙宽度为1.75cm±0.25cm。本实施例中，所述模具一2和模具二3之间的缝隙宽度为1.75cm，具体测试时，可根据实际需要，对模具一2和模具二3之间的缝隙宽度进行相应调整。
实际使用时，所述模具一2和模具二3呈左右对称布设。本实施例中，所述模具一2和模具二3的竖向高度均为10cm，所述模具一2和模具二3的厚度均为0.07m，且模具一2和模具二3的横向宽度均为5cm。
本实施例中，所述被测试件1通过粘贴胶紧固固定在所述试件夹持腔内。实际测试过程中，通过粘贴胶能简便且牢靠地将被测试件1的左右两端分别紧固套装于模具一2和模具二3内。
本实施例中，所述水平拉力加载机构包括在自身重力作用下对被测试件1施加水平拉力的配重物、对所述配重物进行提吊的提吊绳索10-1和布设于模具一2外侧的转向滑轮10-3，所述提吊绳索10-1的一端固定在模具一2的外侧壁上，且提吊绳索10-1的另一端绕过转向滑轮10-3后固定在所述配重物上，所述模具一2与转向滑轮10-3之间的提吊绳索10-1呈水平向布设，且转向滑轮10-3与所述配重物之间的提吊绳索10-1呈竖直向布设。实际测试过程中，也可以采用其它类型的水平施力装置。
实际使用时，采用配重物且在自身重力作用下对被测试件1施加水平拉力，不仅结构简单、拆装方便，而且加载方便、水平加载力大小调控简易。
本实施例中，所述配重物包括绑扎固定在提吊绳索10-1上的砝码盘10-2和放置于砝码盘10-2内的砝码10-4。测试过程中，当需对水平加载力大小进行调整时，只需对砝码盘10-2内的砝码10-4进行调整即可，并相应使得砝码盘10-2内砝码10-4的配重与需加载水平力值相等即可。
实际测试过程中，通过竖向位移传感器5对被测试件1在竖直方向上的位移进行实时检测。且实际安装时，所述竖向位移传感器5通过固定夹20固定在不动物件19上。
本实施例中，由于被测试件1套装于模具二3内，因而测试过程中模具二3在竖直方向上的位移与被测试件1在竖直方向上的位移一致，实际测试时只需对模具二3在竖直方向上的位移进行实时检测即可。
同时，本实用新型还包括用于输入试件竖向位移上限值的参数输入单元一、对竖向位移传感器5所检测位移信息进行分析处理的数据处理器9和多次重复施加竖向推力过程中对所述竖向推力加载机构施加在被测试件1上的竖向推力加载次数进行自动统计的计数器8，所述参数输入单元一、计数器8和竖向位移传感器5均与数据处理器9相接。
本实施例中，本发明所述的路面材料拉剪强度及拉剪疲劳测试装置，还包括与数据处理器9相接的显示单元。
同时，本实用新型还包括用于输入所述水平拉力加载机构所施加水平拉力值F水平和所述竖向推力加载机构所施加竖向推力值F竖向的参数输入单元二，所述参数输入单元二与数据处理器9相接。
本实施例中，所述竖向推力加载机构为电动振动锤或电动活塞11。所述电动振动锤和电动活塞11均由所述数据处理器9进行控制，且二者均与数据处理器9相接。实际使用过程中，只需通过所述参数输入单元二输入所述竖向推力加载机构所施加竖向推力值F竖向，数据处理器9便自动直接对所述电动振动锤或电动活塞11进行控制，将竖向推力加载机构施加在被测试件1上竖向推力值调整为F竖向，实际操控非常简便且竖向推力大小调控简便，加载效果好。
所述竖向限位装置包括两道呈平行布设的水平滑槽15，所述模具一2卡装在两道所述水平滑槽15之间，且模具一2能沿两道所述水平滑槽15进行水平移动。实际使用时，两道所述水平滑槽15分别布设于模具一2的上下两侧。本实施例中，两道所述水平滑槽15与模具一2之间均安装有多个滚珠7。实际安装布设时，所述竖向限位装置通过多个支撑固定框架14水平固定于实验台上。
如图3所示，所述水平向限位装置包括两道呈平行布设的竖向滑道16，所述模具二3卡装在两道所述竖向滑道16之间，且模具二3能沿两道所述竖向滑道16进行上下移动。本实施例中，两道所述竖向滑道16的结构和尺寸均相同，且所述竖向滑道16为横截面为矩形的竖向支杆，所述竖向支杆的底部固定于所述实验台上。本实施例中，所述竖向支杆的底部通过螺钉一21固定于所述实验台上。
本实施例中，两道所述竖向滑道16呈前后对称布设。所述模具二3的后部设置有竖向限位件17，所述竖向限位件17与模具二3之间通过螺钉二18进行固定连接，且竖向限位件17与模具二3之间的连接处形成前后两个供竖向滑道16安装的矩形竖向滑槽。
实际使用过程中，所述竖向推力加载机构也可以为非电动的振动锤或活塞。本实施例中，所述位移检测单元还包括对被测试件1在水平方向上的位移进行实时检测的水平位移传感器6，所述水平位移传感器6布设在模具一2上或布设在模具一2与模具二3之间的空隙处。具体使用时，模具一2与模具二3之间的间距可根据实际需要进行自动调整。
本实施例中，所述参数输入单元一、参数输入单元二和所述显示单元集成为触摸式显示屏13。
实际使用时，本实用新型的测试过程包括以下步骤：
步骤一、测试准备：将预先制作完成且由需测试路面材料制成的被测试件1，水平紧固夹装于模具一2和模具二3之间。
本实施例中，所述模具一2和模具二3呈左右对称布设。本实施例中，所述模具一2和模具二3的竖向高度均为10cm，所述模具一2和模具二3的厚度均为0.07m，且模具一2和模具二3的横向宽度为5cm。
所述被测试件1的左右两端分别紧固套装于模具一2与模具二3内，并通过粘贴胶将被测试件1的左右两端分别紧固固定在模具一2内所设置的所述试件夹持腔一与模具二3内所设置的试件夹持腔二内，且此时被测试件1处于水平状态。
本实施例中，所述被测试件1中的所述圆弧一、圆弧二、圆弧三和圆弧四的半径均为0.5m，且被测试件1的厚度为0.07m；所述模具一2和模具二3的结构和尺寸均相同，且二者的材质均为钢或有机玻璃；所述模具一2和模具二3均为内部开有试件夹持腔的立方体模具，所述试件夹持腔的结构和尺寸均与被测试件1端部的结构和尺寸相同，所述模具一2和模具二3之间的缝隙宽度为1.75cm。实际测试时，可根据实际具体需要，对模具一2和模具二3之间的缝隙宽度进行相应调整。
本实施例中，需测试路面材料为AC-13沥青混凝土，AC-13沥青混凝土级配为规范中值，油石比为4%，密度2.376g/cm3。实际测试时，采用本发明可对其它路面材料的拉剪强度及拉剪疲劳进行测试。
步骤二、拉剪强度及拉剪疲劳测试：对被测试件1在加载水平拉力F水平时的拉剪强度及拉剪疲劳寿命进行测试。
其中，对被测试件1在加载水平拉力F水平时的拉剪强度进行测试时，其测试过程如下：
步骤2011、水平拉力加载：按照预先设定的水平拉力值水平，采用水平拉力加载机构且通过模具一2对被测试件1持续施加水平拉力F水平。
本实施例中，所述水平拉力加载机构包括在自身重力作用下对被测试件1施加水平拉力的配重物、对所述配重物进行提吊的提吊绳索10-1和布设于模具一2外侧的转向滑轮10-3，所述提吊绳索10-1的一端固定在模具一2的外侧壁上，且提吊绳索10-1的另一端绕过转向滑轮10-3后固定在所述配重物上，所述模具一2与转向滑轮10-3之间的提吊绳索10-1呈水平向布设，且转向滑轮10-3与所述配重物之间的提吊绳索10-1呈竖直向布设。实际测试过程中，也可以采用其它类型的水平施力装置。
实际使用时，采用配重物且在自身重力作用下对被测试件1施加水平拉力，不仅结构简单、拆装方便，而且加载方便、水平加载力大小调控简易。
本实施例中，所述配重物包括绑扎固定在提吊绳索10-1上的砝码盘10-2和放置于砝码盘10-2内的砝码10-4。测试过程中，当需对水平加载力大小进行调整时，只需对砝码盘10-2内的砝码10-4进行调整即可，并相应使得砝码盘10-2内砝码10-4的配重与需加载水平力值相等即可。
步骤2012、单次竖向推力加载：步骤2011中所述的水平拉力F水平加载过程中，采用竖向推力加载机构且通过模具二3由上至下对被测试件1施加一次使被测试件1发生剪切破坏的竖向推力，此时所施加的竖向推力为Fmax且其为测试件1在加载水平拉力F水平时所能承受的最大竖向推力。
本实施例中，所述竖向推力加载机构为电动振动锤或电动活塞11。所述电动振动锤和电动活塞11均由所述数据处理器9进行控制，且二者均与数据处理器9相接。
实际测试过程中，所述被测试件1安装好后且步骤2011中进行水平拉力加载之前，应根据测试需要，具体是需加载的水平拉力值F水平和竖向推力值F竖向，对所述水平拉力加载机构所加载的水平拉力大小和所述竖向推力加载机构所加载的竖向推力大小进行调整。
本实施例中，对所述水平拉力加载机构所加载的水平拉力大小时，只需根据测试需加载的水平拉力值F水平，且通过对砝码盘10-2内的砝码10-4进行调整，将所述砝码盘10-2与砝码10-4的重力调整为与需加载的水平拉力值F水平一致即可，则完成所述水平拉力加载机构所加载水平拉力的调整过程，实际操作非常简便。
而当对所述竖向推力加载机构所加载的竖向推力大小进行调整时，由于所述竖向推力加载机构为由数据处理器9进行控制的电动振动锤或电动活塞11，则只需通过与数据处理器9相接的参数输入单元二输入测试需加载的竖向推力值F竖向，之后数据处理器9便自动直接对电动振动锤或电动活塞11进行控制，将电动振动锤或电动活塞11施加的竖向推力调整为F竖向。如所述竖向推力加载机构为非电动的电动振动锤或电动活塞11时，需人为对所述竖向推力加载机构所施加的竖向推力进行调整。本实施例中，所述竖向推力加载机构为电动活塞11。因而实际使用过程中，只需通过所述参数输入单元二输入所述竖向推力加载机构所施加竖向推力值F竖向，数据处理器9便自动直接对所述电动振动锤或电动活塞11进行控制，将竖向推力加载机构施加在被测试件1上竖向推力值调整为F竖向，实际操控非常简便且竖向推力大小调控简便，加载效果好。
实际使用过程中，还可采用与数据处理器9相接的力传感器对所述竖向推力加载机构所施加竖向推力进行实时检测，并将所检测数值同步传送至数据处理器9。
实际使用时，待所述水平拉力加载机构所加载的水平拉力大小和所述竖向推力加载机构所加载的竖向推力大小调整完成后，便可进行水平拉力和竖向推力的加载。
另外，实际测试过程中，步骤2011中进行水平拉力加载之前，对所述竖向推力加载机构所加载的竖向推力大小进行调整时，应先根据本领域公知常识，具体是本领域技术人员对需测试路面材料的抗剪强度的经验数值，先初步确定出步骤2012中进行单次竖向推力加载时所加载的竖向推力值。
之后，在步骤2011中所述的水平拉力F水平加载过程中，先通过所述竖向推力加载机构对被测试件1施加一次竖向推力（此竖向推力的数值为上述初步确定出的竖向推力值），且该竖向推力加载过程中，对被测试件1的受力状态进行观测并根据观测结果对当前所施加竖向推力数值进行调整：当观测到被测试件1未发生剪切破坏时，说明当前所施加的竖向推力小于Fmax，则需对当前所施加的竖向推力数值进行增大调整；当观测到被测试件1剪切破坏严重时，说明当前所施加的竖向推力大于Fmax，则需对当前所施加的竖向推力数值进行减小调整。之后，更换模具一2和模具二3之间水平夹装的被测试件1（更换后的被测试件1的材质、结构和尺寸均与步骤一中所述的被测试件1相同），并按照步骤2011至步骤2012所述的方法，按照调整后的竖向推力数值，对更换后的被测试件1再次进行水平拉力F水平加载过程中的单次竖向推力加载，且该调整后的竖向推力加载过程中，对被测试件1的状态进行观测，并根据观测结果且按上述调整方法对当前所施加竖向推力数值进行调整，直至获得被测试件1在水平拉力F水平加载过程中发生剪切破坏时的竖向推力Fmax。
本实施例中，对竖向推力数值进行调整时，只需通过所述参数输入单元二输入测试调整后的竖向推力值，之后数据处理器9便自动直接对电动振动锤或电动活塞11进行控制，以对电动振动锤或电动活塞11施加的竖向推力进行自动调整。
所述水平拉力F水平加载过程中，当所加载的竖向推力数值小于Fmax时，被测试件1不能发生剪切破坏；而当所加载的竖向推力数值等于Fmax时，被测试件1发生剪切破坏。也就是说，Fmax为被测试件1在加载水平拉力F水平时所能承受的最大剪应力，其与材料轴线垂直，而
Figure BDA00002062779600141
为所述被测试件1在加载水平拉力F水平时的抗剪强度（即水平拉力F水平加载过程中，被测试件1呈剪切作用时的强度极限），S为步骤2012中所述竖向推力加载过程中被测试件1的剪切面积。
步骤2013、拉剪强度推算：根据公式
Figure BDA00002062779600142
和推算出被测试件1在加载水平拉应力σh时的拉剪强度σc，式中Fmax为步骤2012中所述测试件1在加载水平拉力F水平时所能承受的最大竖向推力，S为步骤2012中所述竖向推力加载过程中被测试件1的剪切面积。
本实施例中，竖向推力加载过程中被测试件1的剪切面积S为被测试件1中部断裂处的面积，即被测试件1中部纵断面的面积，且S＝d1×d2＝0.05m×0.07m＝0.0035m2。其中，d1为被测试件1中部的竖向高度，d2为被测试件1的厚度。Fmax的单位为KN，且σc的单位为MPa。
对被测试件1在加载水平拉力F水平时的拉剪疲劳寿命进行测试时，其测试过程如下：
步骤2021、水平拉力加载：按照预先设定的水平拉力值水平，采用水平拉力加载机构且通过模具一2对被测试件1持续施加水平拉力F水平。
本实施例中，步骤2021中进行水平拉力加载之前，应根据测试需要，具体是需加载的水平拉力值F水平和竖向推力值F竖向，对所述水平拉力加载机构所加载的水平拉力大小和所述竖向推力加载机构所加载的竖向推力大小进行调整，且水平拉力大小和竖向推力大小的调整方法均与拉剪强度测试时所采用的调整方法相同。
同时，应注意的是，步骤2021中进行水平拉力加载之前，应确保模具一2和模具二3之间水平夹装的被测试件1为更换后的新测试件，且所夹装被测试件1的材质、结构和尺寸均与步骤一中所述的被测试件1相同。
步骤2022、多次重复进行竖向推力加载：步骤2021中所述的水平拉力F水平加载过程中，按照预先设定的加载频率，采用所述竖向推力加载机构且通过模具二3由上至下对被测试件1多次重复施加竖向推力，直至被测试件1发生剪切破坏；此时，多次重复施加的竖向推力均为FN且FN＜Fmax，其中Fmax为步骤2012中所述测试件1在加载水平拉力F水平时所能承受的最大竖向推力；被测试件1发生剪切破坏重复施加竖向推力的次数为N，且N为被测试件1在水平拉力F水平加载过程中竖向推力FN同步重复加载时的拉剪疲劳寿命。
本实施例中，多次重复施加竖向推力过程中，采用计数器8对所述竖向推力加载机构施加在被测试件1上的竖向推力加载次数进行自动统计，并将自动统计结果同步传送至数据处理器9，而当被测试件1发生剪切破坏时，计数器8所统计的次数便为被测试件1发生剪切破坏重复施加竖向推力的次数为N，其中N为被测试件1在水平拉力F水平加载过程中竖向推力FN同步重复加载时的拉剪疲劳寿命。
本实施例中，步骤二中对被测试件1进行拉剪强度测试时，需按照步骤2011至步骤2013所述的方法，对被测试件1进行多次拉剪强度测试，且多次拉剪强度测试过程中，采用所述水平拉力加载机构对被测试件1持续施加的水平拉力值F水平均不相同。
多次拉剪强度测试结束后，相应获得被测试件1在加载多个不同水平拉应力σh时的拉剪强度σc；之后，根据被测试件1在加载多个不同水平拉应力σh时的拉剪强度σc，便可拟合出被测试件1的拉剪强度σc随所加载水平拉应力σh变化的曲线。
多次拉剪强度测试过程中，每一次拉剪强度测试之前，均需对水平夹装于模具一2和模具二3之间的被测试件1进行更换。
本实施例中，对被测试件1进行多次拉剪强度测试时，拉剪强度测试次数不少于2次，且拉剪强度测试次数越多，拟合出的被测试件1的拉剪强度σc随所加载水平拉应力σh变化的曲线越准确。
实际进行曲线拟合时，可以将被测试件1在加载多个不同水平拉应力σh时的拉剪强度σc，分别在一个二维平面直角坐标系中进行描点，之后将所描的多个点连接成曲线。所述二维平面直角坐标系中，x轴为水平拉应力σh，且y轴为被测试件1在加载水平拉应力σh时的拉剪强度σc。
本实施例中，对被测试件1的拉剪强度σc随所加载水平拉力F水平变化的曲线进行拟合时，按照常规的最小二乘法或其它常规的直线拟合方法进行拟合，并相应拟合出一条方程为y＝ax+b的直线，且直线y＝ax+b为被测试件1的拉剪强度σc随所加载水平拉应力σh变化的直线，其中x为水平拉应力σh，且y为被测试件1在加载水平拉应力σh时的拉剪强度σc。
本实施例中，步骤二中对被测试件1在加载水平拉力F水平时的拉剪疲劳寿命进行测试时，需按照步骤2021至步骤2022中所述的方法，对被测试件1进行多次拉剪疲劳寿命测试。多次拉剪疲劳寿命测试过程中，采用所述水平拉力加载机构对被测试件1持续施加的水平拉力值F水平均相同。且多次拉剪疲劳寿命测试过程中，采用所述竖向推力加载机构对被测试件1施加的竖向推力FN均不相同。多次拉剪疲劳寿命测试结束后，相应获得被测试件1在水平拉力F水平加载过程中多个不同竖向推力FN同步重复加载时的拉剪疲劳寿命。之后，根据被测试件1在水平拉力F水平加载过程中多个不同竖向推力FN同步重复加载时的拉剪疲劳寿命，便可拟合出被测试件1在加载水平拉力F水平时的疲劳曲线，所述疲劳曲线为被测试件1的拉剪疲劳寿命N随竖向推力FN变化的曲线。
所述疲劳曲线是材料承受交变应力和断裂循环周次之间的关系曲线，其以横坐标为断裂循环周次（即被测试件1在水平拉力F水平加载过程中竖向推力FN同步重复加载时的拉剪疲劳寿命N）和纵坐标为极限应力（即多次重复加载的竖向推力FN）绘成曲线，则称为材料的疲劳曲线，或称S-N曲线。
本实施例中，实际测试之前，可通过与数据处理器9相接的参数输入单元一先输入试件竖向位移上限值。同时，实际测试之前，还可通过所述参数输入单元二输入所述水平拉力加载机构所施加水平拉力值F水平和所述竖向推力加载机构所施加竖向推力值F竖向，数据处理器9根据所输入的竖向推力值F竖向，对电动振动锤或电动活塞11进行控制。
实际进行拉剪强度与拉剪疲劳测试过程中，通过与数据处理器9相接的竖向位移传感器5实时对被测试件1在竖直方向上的位移进行实时检测，并将位移检测数据同步上传至数据处理器9，数据处理器9对接收的位移数据进行分析处理，当判断得出竖向位移传感器5所检测位移数据达到试件竖向位移上限值时，说明被测试件1发生剪切破坏，因而无需人为实时对被测试件1的受力状态进行观测，通过竖向位移传感器5所检测位移数据与试件竖向位移上限值之间的差值比较结果，数据处理器9可自动得出被测试件1是否发生剪切破坏。
同时，实际进行拉剪强度与拉剪疲劳测试过程中，通过与数据处理器9相接的显示单元对竖向位移传感器5所检测的位移数据进行同步显示。
本实施例中，步骤2013中拉剪强度测试完成后，数据处理器9根据公式
Figure BDA00002062779600171
自动推算出被测试件1在加载水平拉应力σh时的拉剪强度σc，并通过所述显示单元对推算出的被测试件1在加载水平拉应力σh时的拉剪强度σc进行同步显示。与此同时，数据处理器9将被测试件1在加载水平拉应力σh时平时的拉剪强度σc，同步存储至与数据处理器9相接的数据存储单元内。
实际测试时，当进行多次拉剪强度测试结束后，数据处理器9相应处理得出被测试件1在加载多个不同水平拉应力σh时的拉剪强度σc，并相应同步存储至所述数据存储单元内；之后，所述数据处理器9对被测试件1在加载多个不同水平拉应力σh时的拉剪强度σc进行分析处理，并拟合出直线y＝ax+b（即方程式
Figure BDA00002062779600172
），且同步存储至所述数据存储单元内。之后，对制成被测试件1的路面材料进行拉剪强度测试时，根据公式
Figure BDA00002062779600181
可直接得出该路面材料在加载任一水平拉应力σh时的拉剪强度。
本实施例中，步骤2022中多次重复进行竖向推力加载且被测试件1发生剪切破坏后，所述数据处理器9将计数器8所统计的竖向推力的重复加载次数N同步存储至数据存储单元内，所存储的次数N为被测试件1在水平拉力F水平加载过程中竖向推力FN同步重复加载时的拉剪疲劳寿命。实际进行拉剪疲劳测试过程中，通过所述显示单元对水平拉力值F水平、重复加载的竖向推力值FN和计数器8所统计的竖向推力的重复加载次数N进行同步显示。
实际测试时，当进行多次拉剪疲劳寿命测试结束后，数据处理器9相应获得被测试件1在水平拉力F水平加载过程中多个不同竖向推力FN同步重复加载时的拉剪疲劳寿命，并相应同步存储至所述数据存储单元内；之后，数据处理器9对被测试件1在水平拉力F水平加载过程中多个不同竖向推力FN同步重复加载时的拉剪疲劳寿命进行分析处理，并拟合出所述被测试件1在加载水平拉力F水平时的疲劳曲线，且同步存储至所述数据存储单元内。之后，对制成被测试件1的路面材料进行拉剪疲劳测试时，根据所存储的疲劳曲线，可直接得出该路面材料在水平拉力F水平加载过程中任一竖向推力FN同步重复加载时的拉剪疲劳寿命。
综上，本发明所采用路面材料拉剪强度及拉剪疲劳测试装置的加载方式有以下两种：直接拉剪荷载和直接拉剪疲劳（即循环加载）荷载。
实际测试过程中，当需测试被测试件1的拉剪强度时，采用直接拉剪荷载加载方式。具体如下：将砝码10-4放入砝码盘10-2实现水平力加载后，再通过数据处理器9控制电动活塞11由下至上对被测试件1施加一次竖向推力，竖向推力加载过程中通过竖向位移传感器5对被测试件1在竖直方向上的位移进行检测，并将所检测位移数据同步传送至数据处理器9，数据处理器9对竖向位移传感器5所检测位移数据进行分析处理，当数据处理器9判断得出竖向位移传感器5所检测位移数据大于所设定的竖向位移上限值时，数据处理器9自动记录当前所加载的竖向推力值（即Fmax），并根据公式
Figure BDA00002062779600182
自动推算出被测试件1在加载水平拉应力σh时的拉剪强度σc。
当需测试被测试件1的直接拉剪疲劳寿命时，采用直接拉剪疲劳（即循环加载）荷载加载方式。具体如下：将砝码10-4放入砝码盘10-2实现水平力加载后，再通过数据处理器9控制电动活塞11由下至上对被测试件1施加多次竖向推力（即多次循环加载）直至被测试件1疲劳破坏；多次竖向推力加载过程中，通过竖向位移传感器5对被测试件1在竖直方向上的位移进行实时检测，并将所检测位移数据同步传送至数据处理器9，数据处理器9对竖向位移传感器5所检测位移数据进行分析处理，与此同时计数器8对所述竖向推力加载机构施加在被测试件1上的竖向推力加载次数进行自动统计并将统计结果同步传送至数据处理器9，当数据处理器9判断得出竖向位移传感器5所检测位移数据大于所设定的竖向位移上限值时，则控制电动活塞11停止加载；与此同时，所述数据处理器9自动记录计数器8当前所统计的循环加载次数N。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于8字形试件的路面材料拉剪强度及拉剪疲劳测试装置，其特征在于：包括对被测试件（1）进行夹持的测试模具、对被测试件（1）持续施加水平拉力的水平拉力加载机构、水平拉力加载过程中同步对被测试件（1）施加竖向推力的竖向推力加载机构和竖向推力加载过程中对被测试件（1）所发生位移进行实时检测的位移检测单元；所述测试模具包括两个分别紧固套装于被测试件（1）左右两侧外部的试件夹持模具，且所述水平拉力与竖向推力加载之前，所述被测试件（1）水平夹装于模具一（2）和模具二（3）之间；两个所述试件夹持模具分别为仅能在水平方向上进行左右移动的模具一（2）和仅能在竖直方向上进行上下移动的模具二（3），所述模具一（2）外侧安装有在竖直方向上对模具一（2）进行限位的竖向限位装置，且模具二（3）上外侧安装有在水平方向上对模具二（3）进行限位的水平向限位装置，所述模具二（3）通过弹簧（4）竖直悬挂于不动物件（19）上；所述水平拉力加载机构布设于模具一（2）外侧，且其为通过模具一（2）对被测试件（1）持续施加水平拉力的加载机构；所述竖向推力加载机构位于模具二（3）下方，且其为通过模具二（3）由下至上对被测试件（1）施加一次竖向推力或多次重复施加竖向推力的加载机构；
所述被测试件（1）为8字形试件，所述模具一（2）和模具二（3）的结构和尺寸均相同，且二者均为内部开有试件夹持腔的立方体模具，所述试件夹持腔的结构和尺寸均与被测试件（1）端部的结构和尺寸相同，所述试件夹持腔为弧形腔。
2.按照权利要求1所述的基于8字形试件的路面材料拉剪强度及拉剪疲劳测试装置，其特征在于：所述8字形试件的横截面外轮廓线由圆弧一、与所述圆弧一相接的圆弧二、与所述圆弧二相接的圆弧三和与所述圆弧三相接的圆弧四组成的封闭曲线，所述圆弧四与所述圆弧一相接，所述圆弧一和圆弧三呈左右对称布设且二者均为凸弧，所述圆弧二和所述圆弧四呈上下对称布设且二者均为凹弧，所述圆弧一、圆弧二、圆弧三和圆弧四的半径均相同，且所述圆弧一和圆弧三的圆心相同；所述圆弧二和所述圆弧四所对的圆心角均为2×arcsin0.75。
3.按照权利要求1或2所述的基于8字形试件的路面材料拉剪强度及拉剪疲劳测试装置，其特征在于：所述水平拉力加载机构包括在自身重力作用下对被测试件（1）施加水平拉力的配重物、对所述配重物进行提吊的提吊绳索（10-1）和布设于模具一（2）外侧的转向滑轮（10-3），所述提吊绳索（10-1）的一端固定在模具一（2）的外侧壁上，且提吊绳索（10-1）的另一端绕过转向滑轮（10-3）后固定在所述配重物上，所述模具一（2）与转向滑轮（10-3）之间的提吊绳索（10-1）呈水平向布设，且转向滑轮（10-3）与所述配重物之间的提吊绳索（10-1）呈竖直向布设。
4.按照权利要求1或2所述的基于8字形试件的路面材料拉剪强度及拉剪疲劳测试装置，其特征在于：所述位移检测单元包括对被测试件（1）在竖直方向上的位移进行实时检测的竖向位移传感器（5），所述竖向位移传感器（5）布设在模具二（3）上。
5.按照权利要求4所述的基于8字形试件的路面材料拉剪强度及拉剪疲劳测试装置，其特征在于：还包括用于输入试件竖向位移上限值的参数输入单元一、对竖向位移传感器（5）所检测位移信息进行分析处理的数据处理器（9）和多次重复施加竖向推力过程中对所述竖向推力加载机构施加在被测试件（1）上的竖向推力加载次数进行自动统计的计数器（8），所述参数输入单元一、计数器（8）和竖向位移传感器（5）均与数据处理器（9）相接。
6.按照权利要求5所述的基于8字形试件的路面材料拉剪强度及拉剪疲劳测试装置，其特征在于：还包括用于输入所述水平拉力加载机构所施加水平拉力值F水平和所述竖向推力加载机构所施加竖向推力值F竖向的参数输入单元二，所述参数输入单元二与数据处理器（9）相接；所述竖向推力加载机构为电动振动锤或电动活塞（11）；所述电动振动锤和电动活塞（11）均由所述数据处理器（9）进行控制，且二者均与数据处理器（9）相接。
7.按照权利要求1或2所述的基于8字形试件的路面材料拉剪强度及拉剪疲劳测试装置，其特征在于：所述竖向限位装置包括两道呈平行布设的水平滑槽（15），所述模具一（2）卡装在两道所述水平滑槽（15）之间，且模具一（2）能沿两道所述水平滑槽（15）进行水平移动；所述水平向限位装置包括两道呈平行布设的竖向滑道（16），所述模具二（3）卡装在两道所述竖向滑道（16）之间，且模具二（3）能沿两道所述竖向滑道（16）进行上下移动。
8.按照权利要求3所述的基于8字形试件的路面材料拉剪强度及拉剪疲劳测试装置，其特征在于：所述配重物包括绑扎固定在提吊绳索（10-1）上的砝码盘（10-2）和放置于砝码盘（10-2）内的砝码（10-4）。
9.按照权利要求4所述的基于8字形试件的路面材料拉剪强度及拉剪疲劳测试装置，其特征在于：所述竖向推力加载机构为振动锤或活塞；所述位移检测单元还包括对被测试件（1）在水平方向上的位移进行实时检测的水平位移传感器（6），所述水平位移传感器（6）布设在模具一（2）上或布设在模具一（2）与模具二（3）之间的空隙处。
10.按照权利要求1或2所述的基于8字形试件的路面材料拉剪强度及拉剪疲劳测试装置，其特征在于：所述被测试件（1）通过粘贴胶紧固固定在所述试件夹持腔内。
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