一种多用途界面剪切性能测试装置及其测试方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种多用途界面剪切性能测试装置及其测试方法，包括环境箱和设置在环境箱内部的试验试件，其特征在于：所述试验试件四周设置有固定装置，所述试验试件水平面上设置有水平加载设备和水平位移传感器，试验试件垂直面上设置有竖向加载设备，所述水平加载设备与试验试件之间设置有水平力压头和水平应力传感器；所述竖向加载设备与试验试件之间设置有竖向力压头和竖向应力传感器，所述环境箱外部设置有控制器，所述控制器与水平应力传感器、竖向应力传感器和水平位移传感器之间电连接。本装置可实现剪切界面极限破坏与疲劳破坏性能数据的实时记录与监测从而完成测试。本发明专利技术可用于剪切界面力学性能的测试，试验数据可有效地评价路面铺装层间界面、不同介质材料剪切界面等多种复合结构的抗剪强度与剪切疲劳性能。

A Multipurpose Interface Shear Performance Testing Device and Its Testing Method

The invention discloses a multi-purpose interface shear performance testing device and its testing method, which includes an environment box and a test specimen arranged inside the environment box. Its characteristics are as follows: a fixing device is arranged around the test specimen, a horizontal loading device and a horizontal displacement sensor are arranged on the horizontal plane of the test specimen, and a vertical loading device is arranged on the vertical plane of the test specimen. A horizontal pressure head and a horizontal stress sensor are arranged between the horizontal loading device and the test specimen; a vertical pressure head and a vertical stress sensor are arranged between the vertical loading device and the test specimen; a controller is arranged outside the environment box, and the controller is electrically connected with the horizontal stress sensor, the vertical stress sensor and the horizontal displacement sensor. The device can realize the real-time recording and monitoring of the ultimate failure and fatigue failure data of shear interface, thus completing the test. The invention can be used for testing the mechanical properties of shear interface, and the test data can effectively evaluate the shear strength and shear fatigue performance of various composite structures such as pavement interlayer interface and shear interface of different media materials.

【技术实现步骤摘要】
一种多用途界面剪切性能测试装置及其测试方法
本专利技术属于混凝土材料与结构性能研究领域，特别涉及一种多用途界面剪切性能测试装置及其测试方法。
技术介绍
路面结构是由不同层次结构按照层状体系组合而成，界面抗剪切性能是确保多层复合结构力学性能的关键指标，良好的层间抗剪强度与抗剪耐久性对提高结构使用寿命发挥着至关重要的作用。在土木工程领域，特别是道路铺装结构方面，通过洒布粘结材料将不同结构体粘为整体，如通过洒布乳化沥青将沥青路面上、下层粘为整体，或通过洒布环氧沥青将钢桥面板与沥青铺装层粘为整体。然而，由于重载、气候环境及材料自身性能的影响，界面粘结层往往较易出现裂缝，从而导致沥青路面或桥面沥青铺装脱层病害。现阶段对道路结构不同层次抗剪性能的测试方法较为单一，主要集中于采用拉拔试验与直剪、斜剪试验确定粘结层材料的极限破坏强度，在测试过程中往往忽视了环境温度与疲劳荷载作用的影响，导致抗剪切性能优异的复合结构在实际使用过程中过早出现层间断裂的情况。由此可见，设计一种新型界面剪切性能测试设备能有效地评价不同外界环境下的层间粘结状况。该设备需要具备以下优势：可调节的加载方式，能提供极限强度加载与疲劳性能加载两种模式，确保全方位地评估层间粘结状况；根据实际情况调整的竖向压力，用于模拟荷载作用过程中所造成的剪应力；用于模拟不同温度的加热装置，评估温度改变对层间粘结性能的影响。
技术实现思路
专利技术目的：针对现有技术中界面性能测试设备测试模式单一的的问题，提供一种有效地评价了铺装结构层间界面的抗剪切性能、抗疲劳性能，并实现不同环境温度的模拟，为评估普通路面结构与钢桥面铺装结构的层间粘结性能提供了有效测试技术的多用途界面剪切性能测试装置及其测试方法。技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术提供一种多用途界面剪切性能测试装置，包括环境箱和设置在环境箱内部的试验试件，所述试验试件四周设置有固定装置，所述试验试件水平面上设置有水平加载设备和水平位移传感器，试验试件垂直面上设置有竖向加载设备，所述水平加载设备与试验试件之间设置有水平力压头和水平应力传感器；所述竖向加载设备与试验试件之间设置有竖向力压头和竖向应力传感器，所述环境箱外部设置有控制器，所述控制器与水平应力传感器、竖向应力传感器和水平位移传感器之间电连接。进一步的，所述环境箱内设置有加热管和温度传感器，所述温度传感器与控制器之间电连接。进一步的，所述固定装置包括底板和侧向支撑板，所述底板设置在试验试件底部，所述侧向支撑板通过紧固螺母固定设置在试验试件两侧，所述侧向支撑板与试验试件之间设置有试件固定杆。进一步的，所述水平加载设备与水平力压头之间设置有水平杆，所述水平杆上设置有水平力传感器。进一步的，所述竖向加载设备与竖向力压头之间设置有竖杆，所述竖杆上设置有竖向应力传感器。进一步的，所述试验试件设置在底板正中。进一步的，所述加热管固定于距离环境箱顶部2cm的位置。一种如上所述的多用途界面剪切性能测试装置的测试方法，包括如下步骤：(1)制备试验试件：制备复合结构试验试件，若测试混凝土层间剪切性能，采用车辙板模具首先碾压成型2.5cm厚度的下部结构，在下部结构表面涂抹粘结材料后，再于其上碾压成型2.5cm厚度的上部结构，待养生结束后切割为长5cm、宽5cm、高5cm的正方体复合结构试件；若测试混凝土与钢结构间的剪切性能，选取尺寸为长5cm、宽5cm、高2.5cm的钢块，其表面需喷涂环氧富锌漆，在其表面涂抹粘结材料后，置于车辙板模具中并于其上碾压成型2.5cm厚度的上部结构，待养生结束后切割为长5cm、宽5cm、高5cm的正方体复合结构试件。(2)剪切性能测试准备：将制备好的试验试件置于底板正中位置，调节紧固螺母以确保试验试件完全固定；分别调节水平加载设备与竖向加载设备，使得水平压头、竖向压头与试验试件相接触，同时将水平位移传感器探针与试验试件上部结构相接触；通过加热管设定所需试验温度，并保持恒定。(3)抗剪切性能测试：调节竖向加载设备向试验试件顶部施加规定恒定压力，通过控制器设置水平加载设备的加载方式并开始试验，通过水平应力传感器与水平位移传感器实时记录界面剪切破坏过程中的力学状况，获取粘结材料的极限抗剪强度、疲劳抗剪寿命与剪切断裂能的性能参数。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1)本专利技术有效地评价了路面或钢桥面铺装结构层间抗剪性能，为层状体系结构的受力优化提供了测试方案与依据；2)本专利技术实现极限强度加载与疲劳加载模式，可用于评估层间结构在复杂受力环境下的抗剪强度与抗剪切疲劳性能。3)本专利技术可根据实际情况模拟不同环境温度，有利于评价不同温度对层间粘结材料性能的影响。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为固定装置的结构示意图；图3为具体实施例中“力-位移”的变化曲线图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本专利技术。本专利技术描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的其他实施例，都属于本专利技术所保护的范围。如图1-2所示，一种多用途界面剪切性能测试设备及其测试方法，该设备包括了加载系统、测试系统与控制系统，设备依次布置有水平加载设备1、环境箱2、竖向加载设备3、水平应力传感器4、竖向应力传感器5、加热管6、水平力压头7、竖向力压头8、紧固螺母9、试件固定杆10、底板11、试验试件12、水平位移传感器13、温度传感器14、侧向支撑板1与控制器16；其中水平加载设备1固定于环境箱2外部，通过水平力压头7对试验试件12施加水平压力，并由水平应力传感器4实时记录试验数据；竖向加载设备固定于环境箱2上方或采用反力架置于环境箱2上方，通过竖向力压头8对试验试件12施加竖向压力，并由竖向应力传感器5控制竖向力保持恒定；测试系统置于环境箱2内部，底板11固定于环境箱2底部，并在底板11上设置侧向支撑板15，通过调节紧固螺母9使得试件固定杆10将试验试件12夹紧；试验试件12上部结构采用水平位移传感器13测定其在水平压力作用下的相对位移情况，以此作为层间相对位移；环境箱2中设置加热管6，并通过温度传感器14实时监控环境箱2内部的温度状况，以此模拟试验试件12在不同温度环境下界面剪切性能的变化情况；水平应力传感器4、竖向应力传感器5、水平位移传感器13与温度传感器14在试验中均与控制器16相连接，控制器16用于控制试验加载设备与温度设备的运行情况，并实时记录试验数据。水平加载设备1置于环境箱2的外部，其加载量程为0-100kN，加载方式分为线性加载、1-100Hz频率半正弦波加载与1-100Hz频率脉冲加载，分别用于测试极限抗剪强度与疲劳抗剪强度。水平加载设备1通过直径为1.5cm的钢制水平杆与水平应力传感器4和水平力压头7相连，水平应力传感器4量程为0-100kN，精度为0.5N，水平力压头7为长、宽、厚分别为5cm、2.5cm、1cm的钢制矩形块。竖向加载设备3加载量程为0-100kN，可通过直径为1.5cm的钢制竖杆与竖向应力传感器5和竖向力压头8相连，施加恒定的竖向固定压力，竖向应力传感器5量程0-100kN，精度为0.5N，竖向力压头8为长、宽、厚分别为5cm、5cm、1cm的钢制矩形块。环境本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多用途界面剪切性能测试装置，包括环境箱和设置在环境箱内部的试验试件，其特征在于：所述试验试件四周设置有固定装置，所述试验试件水平面上设置有水平加载设备和水平位移传感器，试验试件垂直面上设置有竖向加载设备，所述水平加载设备与试验试件之间设置有水平力压头和水平应力传感器；所述竖向加载设备与试验试件之间设置有竖向力压头和竖向应力传感器，所述环境箱外部设置有控制器，所述控制器与水平应力传感器、竖向应力传感器和水平位移传感器之间电连接。

【技术特征摘要】
1.一种多用途界面剪切性能测试装置，包括环境箱和设置在环境箱内部的试验试件，其特征在于：所述试验试件四周设置有固定装置，所述试验试件水平面上设置有水平加载设备和水平位移传感器，试验试件垂直面上设置有竖向加载设备，所述水平加载设备与试验试件之间设置有水平力压头和水平应力传感器；所述竖向加载设备与试验试件之间设置有竖向力压头和竖向应力传感器，所述环境箱外部设置有控制器，所述控制器与水平应力传感器、竖向应力传感器和水平位移传感器之间电连接。2.根据权利要求1所述的一种多用途界面剪切性能测试装置，其特征在于：所述环境箱内设置有加热管和温度传感器，所述温度传感器与控制器之间电连接。3.根据权利要求1所述的一种多用途界面剪切性能测试装置，其特征在于：所述固定装置包括底板和侧向支撑板，所述底板设置在试验试件底部，所述侧向支撑板通过紧固螺母固定设置在试验试件两侧，所述侧向支撑板与试验试件之间设置有试件固定杆。4.根据权利要求1所述的一种多用途界面剪切性能测试装置，其特征在于：所述水平加载设备与水平力压头之间设置有水平杆，所述水平杆上设置有水平力传感器。5.根据权利要求1所述的一种多用途界面剪切性能测试装置，其特征在于：所述竖向加载设备与竖向力压头之间设置有竖杆，所述竖杆上设置有竖向应力传感器。6.根据权利要求1所述的一种多用途界面剪切性能测试装置，其特征在于：所述试验试件设置在底板正中。7.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡靖，钱振东，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32