本发明专利技术公开了一种冲击荷载作用下水泥混凝土路面动态响应模拟试验装置，包括冲击荷载试验仪、模拟测试试件、试件约束装置、动态应力量测设备和控制设备，所述冲击荷载试验仪、动态应力量测设备通过集成导线与控制设备相连。本发明专利技术可模拟在交通荷载作用下，水泥混凝土面板、沥青混凝土功能层和基层之间的应力传递状况和混凝土面板抗冲击疲劳破坏过程，评价沥青混凝土功能层对水泥混凝土路面结构受力的改善效果，为设计水泥路面结构提供实验依据。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及公路水泥混凝土路面设计领域，具体涉及一种冲击荷载作用下水泥混凝土路面动态响应模拟试验装置。
技术介绍
水泥混凝土路面是我国高等级路面的重要结构形式，具有使用寿命长，养护工作量小和养护费用低，施工简便等优点。20世纪80年代以来，我国的水泥混凝土路面得到迅猛发展。据统计，目前，我国公路通车总里程约达500万公里，各类等级水泥路面约占铺装路面总里程70％左右。由于受车辆冲击荷载作用、路面结构排水不畅、结构设计不当、施工工艺不符合规范、材料组成不合理等原因，我国水泥混凝土路面使用状况不佳，使用寿命远远低于设计使用年限，路面板断裂、脱空、唧泥等病害十分普遍。调查发现，混凝土路面板的断裂损坏大多与冲击荷载作用下基层的不良支撑状况有关，因路面结构差异，刚性基层与半刚性基层对水泥混凝土面层受力影响有较大区别。刚性基层水泥混凝土路面的破坏主要是温度翘曲应力与荷载应力耦合作用的结果，而半刚性基层水泥混凝土路面结构的破坏主要是由脱空引起的。为了深入挖掘水泥混凝土路面早期病害的原因，探索冲击荷载作用下水泥路面动态力学响应，分析在水泥混凝土面板和基层顶面之间设置沥青混凝土功能层对路面结构受力的影响，为功能层及水泥路面结构设计提供重要参考，验证功能层的弹性缓冲和应力吸收作用，可见，进行在冲击荷载作用下设置功能层的水泥路面动态应力响应分析非常必要，但目前缺少一种行之有效的动态力学试验装置模拟交通荷载作用下路面结构的受力状况。因此，亟需一种能够监控在冲击荷载作用下水泥路面动态力学响应的试验装置来评价水泥路面结构及功能层的使用效果，为路面结构设计和功能层材料组成提供有力的试验依据，进一步优化水泥路面结构设计，降低养护成本，延长其使用寿命，提高路面行车的舒适性。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种冲击荷载作用下水泥混凝土路面动态响应模拟试验装置，可模拟在交通荷载作用下，水泥混凝土面板、沥青混凝土功能层和基层之间的应力传递状况和混凝土面板抗冲击疲劳破坏过程，评价沥青混凝土功能层对水泥混凝土路面结构受力的改善效果。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种冲击荷载作用下水泥混凝土路面动态响应模拟试验装置，包括冲击荷载试验仪、模拟测试试件、试件约束装置、动态应力量测设备和控制设备，所述冲击荷载试验仪、动态应力量测设备通过集成导线与控制设备相连，所述冲击荷载试验仪包括设备支架、冲击导杆、冲击横梁、支撑架、冲击锤系统、支撑架外端盖、支撑架内端盖、轮胎轴及轴承、充气胶轮、电机、链条、上链轮、上链轮轴、下链轮、下链轮轴、上下链轮轴支架、锲型卡块、三角支架和导杆下行限位圆盘，所述下链轮轴、上链轮轴分别通过下链轮轴轴承、上链轮轴轴承与上下链轮轴支架相连，所述电机通过电机紧固螺栓及螺母固定于三角支架上，三角支架焊接于设备支架上，电机通过联轴器与下链轮轴相连，下链轮轴带动下链轮及链条转动，链条驱动上链轮及上链轮轴转动，链条通过链条挂钩引导冲击锤上下运动，所述冲击锤系统包括冲击锤、冲击锤挂钩及顶推弹簧，所述锲型卡块通过紧固螺钉固定于所述冲击导杆上，所述冲击锤挂钩垂直镶嵌于冲击锤内，当冲击锤挂钩行程至冲击导杆的锲型卡块时，锲型卡块推动冲击锤挂钩回移，致使冲击锤挂钩脱离链条挂钩，冲击锤沿冲击导杆自由下落，顶推弹簧推动冲击锤挂钩伸出，冲击锤完成冲击试验后，链条挂钩拉动冲击锤向上运动，循环进行冲击试验，所述充气胶轮与轮胎轴及轴承相连，轮胎轴及轴承通过轴承顶盖与支撑架相连，支撑架通过螺纹与冲击横梁相连，轮胎轴及轴承安装于支撑架外端盖和支撑架内端盖之间安装固定有，冲击横梁通过螺纹与冲击导杆相连，冲击锤沿冲击导杆上下运动，所述模拟测试试件从上往下依次包括水泥混凝土板、沥青混凝土功能层与基层，所述动态应力量测设备包括水泥混凝土板底冲击应力传感器、功能层层底冲击应力传感器、基层中部冲击应力传感器、基层底部冲击和应力传感器，所述控制设备包括控制器本体，控制器本体上设有混凝土板底冲击荷载应力表、功能层层底冲击荷载应力表、基层中部冲击荷载应力表、基层底部冲击荷载应力表、冲击次数计数器和启动开关，所述水泥混凝土板底冲击应力传感器布置在水泥混凝土板内，所述功能层层底冲击应力传感器布置在沥青混凝土功能层内，所述基层中部冲击应力传感器布置在基层的中部，所述基层底部冲击应力传感器布置在基层的底部，所述混凝土板底冲击应力传感器、功能层层底冲击应力传感器、基层中部冲击应力传感器、基层底部冲击应力传感器分别通过集成导线与混凝土板底冲击荷载应力表、功能层层底冲击荷载应力表、基层中部冲击荷载应力表、基层底部冲击荷载应力表相连，所述试件约束装置包括侧向约束水泥墩、紧固试件钢板、紧固螺栓及螺母，所述模拟测试试件安装于侧向约束水泥墩内，并通过紧固试件钢板和螺母紧固。优选地，所述水泥混凝土板由水泥、水、砂、碎石浇筑并养生28天后所得，水泥∶水∶砂∶碎石质量比为1∶0.45∶2.26∶3.12。优选地，所述沥青混凝土功能层为AC-13型混合料，油石比为4.7％，集料10～15∶5～10∶0～5∶矿粉质量比为28∶42∶26∶4。优选地，所述基层可为刚性基层或半刚性基层，刚性基层由集料10～20、5～10、0～5和水泥组成，质量配比为65∶20∶5∶10组成，成型时水灰比为0.5；半刚性基层由集料10～20、5～10、0～5、石灰、粉煤灰组成，质量配比为60∶18∶5∶5∶12，成型时掺水量为5％。优选地，所述冲击锤重20kg，上下行程为1m。优选地，所述充气胶轮直径为20cm，宽5cm。本专利技术具有以下有益效果：采用冲击装置与充气胶轮组合较真实地模拟行车荷载作用，通过设置于混凝土板底、沥青混凝土功能层层底、基层中的应力传感器探测冲击荷载应力，评价功能层的弹性缓冲和应力吸收效果，同时，通过动态应力量测及控制设备记录水泥混凝土面板的初裂冲击次数和终裂破碎冲击次数以评价混凝土板抗冲击破坏能力，从而可以根据实验结果优化水泥路面结构设计，可较准确地反映沥青混凝土功能层对水泥混凝土路面结构受力的改善效果，为设计水泥路面结构提供实验依据，提高了所设计水泥路面的使用性能与耐久性。附图说明图1为本专利技术实施例冲击荷载作用下水泥混凝土路面动态响应模拟试验装置总装配图。图2为本专利技术实施例冲击荷载作用下水泥混凝土路面动态响应模拟试验装置中的局部结构示意图。图3为本专利技术实施例中冲击锤、导杆及锲型卡块本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种冲击荷载作用下水泥混凝土路面动态响应模拟试验装置，其特征在于，包括冲击荷载试验仪、模拟测试试件、试件约束装置、动态应力量测设备和控制设备，所述冲击荷载试验仪、动态应力量测设备通过集成导线(31)与控制设备相连，所述中击荷载试验仪包括设备支架(4)、冲击导杆(6)、冲击横梁(7)、支撑架(8)、冲击锤系统、支撑架外端盖(9)、支撑架内端盖(13)、轮胎轴及轴承(14)、充气胶轮(16)、电机(26)、链条(20)、上链轮(21)、上链轮轴(29)、下链轮(17)、下链轮轴(22)、上下链轮轴支架(28)、锲型卡块(41)、三角支架(24)和导杆下行限位圆盘(1)，所述下链轮轴(22)、上链轮轴(29)分别通过下链轮轴轴承(23)、上链轮轴轴承(30)与上下链轮轴支架(28)相连，所述电机(26)通过电机紧固螺栓及螺母(25)固定于三角支架(24)上，三角支架(24)焊接于设备支架(4)上，电机(26)通过联轴器(27)与下链轮轴(22)相连，下链轮轴(22)带动下链轮(17)及链条(20)转动，链条(20)驱动上链轮(21)及上链轮轴(29)转动，链条(20)通过链条挂钩(18)引导冲击锤(5)上下运动，所述冲击锤系统包括冲击锤(5)、冲击锤挂钩(39)及顶推弹簧(40)，所述锲型卡块(41)通过紧固螺钉(42)固定于所述冲击导杆(6)上，所述冲击锤挂钩(39)垂直镶嵌于冲击锤(5)内，所述导杆下行限位圆盘(1)托住空载时冲击导杆(6)，防止下行，冲击导杆(6)通过导杆紧固套筒(2)固定工在设备支架(4)上，所述充气胶轮(16)与轮胎轴及轴承(14)相连，轮胎轴及轴承(14)通过轴承顶盖(15)与支撑架(8)相连，支撑架(8)通过螺纹与冲击横梁(7)相连，轮胎轴及轴承(14)安装于支撑架外端盖(9)和支撑架内端盖(13)之间安装固定有，冲击横梁(7)通过螺纹与冲击导杆(6)相连，冲击锤(5)沿冲击导杆(6)上下运动，所述模拟测试试件从上往下依次包括水泥混凝土板(43)、沥青混凝土功能层(44)与基层(45)，所述动态应力量测设备包括水泥混凝土板底冲击应力传感器(46)、功能层层底冲击应力传感器(47)、基层中部冲击应力传感器(48)、基层底部冲击应力传感器(49)，所述控制设备包括控制器本体(32)，控制器本体(32)上设有混凝土板底冲击荷载应力表(33)、功能层层底冲击荷载应力表(34)、基层中部冲击荷载应力表(36)、基层底部冲击荷载应力表(38)、冲击次数计数器(35)和启动开关(37)，所述水泥混凝土板底冲击应力传感器(46)布置在水泥混凝土板(43)内，所述功能层层底冲击应力传感器(47)布置在沥青混凝土功能层(44)内，所述基层中部冲击应力传感器(48)布置在基层(45)的中部，所述基层底部冲击应力传感器(49)布置在基层(45)的底部，所述混凝土板底冲击应力传感器(46)、功能层层底冲击应力传感器(47)、基层中部冲击应力传感器(48)、基层底部中击应力传感器(49)分别通过集成导线(31)与混凝土板底冲击荷载应力表(33)、功能层层底冲击荷载应力表(34)、基层中部冲击荷载应力表(36)、基层底部冲击荷载应力表(38)相连，所述试件约束装置包括侧向约束水泥墩(10)、紧固试件钢板(11)、紧固螺栓及螺母(12)，所述模拟测试试件安装于侧向约束水泥墩(10)内，并通过紧固试件钢板(11)和螺母(12)紧固。...
【技术特征摘要】
1.一种冲击荷载作用下水泥混凝土路面动态响应模拟试验装置，其特征
在于，包括冲击荷载试验仪、模拟测试试件、试件约束装置、动态应力量测设
备和控制设备，所述冲击荷载试验仪、动态应力量测设备通过集成导线(31)
与控制设备相连，所述中击荷载试验仪包括设备支架(4)、冲击导杆(6)、冲
击横梁(7)、支撑架(8)、冲击锤系统、支撑架外端盖(9)、支撑架内端盖(13)、
轮胎轴及轴承(14)、充气胶轮(16)、电机(26)、链条(20)、上链轮(21)、
上链轮轴(29)、下链轮(17)、下链轮轴(22)、上下链轮轴支架(28)、锲型
卡块(41)、三角支架(24)和导杆下行限位圆盘(1)，所述下链轮轴(22)、
上链轮轴(29)分别通过下链轮轴轴承(23)、上链轮轴轴承(30)与上下链
轮轴支架(28)相连，所述电机(26)通过电机紧固螺栓及螺母(25)固定于
三角支架(24)上，三角支架(24)焊接于设备支架(4)上，电机(26)通
过联轴器(27)与下链轮轴(22)相连，下链轮轴(22)带动下链轮(17)及
链条(20)转动，链条(20)驱动上链轮(21)及上链轮轴(29)转动，链条
(20)通过链条挂钩(18)引导冲击锤(5)上下运动，所述冲击锤系统包括
冲击锤(5)、冲击锤挂钩(39)及顶推弹簧(40)，所述锲型卡块(41)通过
紧固螺钉(42)固定于所述冲击导杆(6)上，所述冲击锤挂钩(39)垂直镶
嵌于冲击锤(5)内，所述导杆下行限位圆盘(1)托住空载时冲击导杆(6)，
防止下行，冲击导杆(6)通过导杆紧固套筒(2)固定工在设备支架(4)上，
所述充气胶轮(16)与轮胎轴及轴承(14)相连，轮胎轴及轴承(14)通过轴
承顶盖(15)与支撑架(8)相连，支撑架(8)通过螺纹与冲击横梁(7)相
连，轮胎轴及轴承(14)安装于支撑架外端盖(9)和支撑架内端盖(13)之
间安装固定有，冲击横梁(7)通过螺纹与冲击导杆(6)相连，冲击锤(5)
沿冲击导杆(6)上下运动，所述模拟测试试件从上往下依次包括水泥混凝土
\t板(43)、沥青混凝土功能层(44)与基层(45)，所述动态应力量测设备包括
水泥混凝土板底冲击应力传感器(46)、功能层层底冲击应力传感器(47)、基
层中部冲击应力传感器(48)、基层底部冲击应力传感器(49)，所述控制设备
包括控制器本体(32)，控制器本...
【专利技术属性】
技术研发人员：房建宏，李祖仲，徐安花，熊锐，盛燕萍，王新燕，高辉，
申请(专利权)人：青海省交通科学研究院，
类型：发明
国别省市：青海;63
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