一种刚柔复合式路面沥青混合料的疲劳试验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种刚柔复合式路面沥青混合料的疲劳试验装置及方法，其中疲劳试验装置包括中间夹具一、中间夹具二和两个端部夹具，两个中间夹具上设有加载压头，两个中间夹具相互分离设置，加载压头与中间夹具刚性连接，两个加载压头分别连接不同的加载装置；在梁中心点及两个中间夹具上各设有位移传感器，分别用于测量梁中心位移及两个中间夹具位移；试验时，通过两个加载压头施加不同的荷载模拟接缝处沥青路面的受力变化。本发明专利技术针对刚柔复合式路面结构的受力特性，通过改进四点弯曲疲劳试验装置和循环荷载的波形，能够模拟实际车辆荷载经过接缝时沥青层的受力过程，进而有效提高疲劳寿命的预测精度，为刚柔复合式路面的结构设计提供参考。设计提供参考。设计提供参考。

【技术实现步骤摘要】
一种刚柔复合式路面沥青混合料的疲劳试验装置及方法


[0001]本专利技术涉及沥青混合料疲劳性能检测，具体涉及一种刚柔复合式路面沥青混合料的疲劳试验装置及方法。

技术介绍

[0002]《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的四点弯曲疲劳试验方法常用于检测沥青混合料的疲劳性能，对应的四点弯曲疲劳试验装置包括四个夹具，其中外侧的两个夹具固定，中间的两个夹具可动；但中间的两个夹具是联结的，且两个夹具上的加载压头连接的是同一气动或液压加载装置，试验中两个夹具受到统一的荷载并产生相同的位移。这样的设置可以产生均匀的弯拉应力，模拟沥青混凝土梁在弯拉荷载作用下的疲劳性能，但却无法模拟剪切应力的工况。
[0003]刚柔复合式路面结构，其沥青层在荷载作用下的疲劳破坏是弯拉和剪切综合作用的结果。具体来说，由于水泥混凝土的收缩特性，以该类材料为基层时通常不会形成连续结构，而是包含有大量接缝。接缝处一般不能承受拉应力，承受剪应力的能力也较弱，因此接缝顶面的沥青面层极易受到伤害，并在交通荷载作用下产生开裂。这种裂缝是弯拉应力与剪应力综合作用的结果，如图1所示：当荷载临近接缝时，接缝两侧产生相对位移，进而在沥青面层中引起较大的剪切应力；而当荷载位于接缝上方时，相邻两板间无相对位移或相对位移较小，此时沥青面层主要承受弯拉应力作用；最后，当荷载驶离接缝时，面层承受与荷载临近接缝时相反的剪切应力；整个过程中沥青面层会受到2次剪切和1次弯拉作用。
[0004]综上，现有的四点弯曲疲劳试验装置及方法只能模拟弯拉荷载，无法反映剪切作用，因而不能完全反映刚柔复合式路面荷载型疲劳的特征，有必要针对刚柔复合式路面结构的受力特点，提出更为合理的疲劳试验装置及方法。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：本专利技术的目的是根据刚柔复合式路面结构的受力特性，提出一种综合考虑弯拉应力和剪切应力作用的沥青混合料疲劳试验装置及方法。
[0006]技术方案：本专利技术所述的刚柔复合式路面沥青混合料的疲劳试验装置，包括中间夹具一、中间夹具二和两个端部夹具，两个中间夹具上设有加载压头，两个中间夹具相互分离设置，加载压头与中间夹具刚性连接，两个加载压头分别连接不同的加载装置；在梁中心点及两个中间夹具上各设有一位移传感器，分别用于测量梁中心位移及两个中间夹具位移。
[0007]进一步地，四个夹具在梁上三等分间距布设。
[0008]本专利技术还保护一种刚柔复合式路面沥青混合料的疲劳试验方法，采用上述的疲劳试验装置，包括如下步骤：
[0009](1)参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》要求，对梁试件加载循环荷载，达到终止条件时，停止加载并记录梁试件的疲劳寿命；
[0010](2)计算疲劳试验性能指标，包括：
[0011]最大弯拉应力，计算公式为其中P为荷载峰值；L表示梁跨距，即两个端部夹具的间距；w表示梁宽，h表示梁高；
[0012]最大弯拉应变，计算公式为其中δ0表示梁中心的最大位移；
[0013]弯曲劲度模量，采用《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的计算方法；
[0014]达到剪力最大值状态时，梁中心处的最大剪应力，计算公式为
[0015]达到剪力最大值状态时，梁中心处的最大剪应变，计算公式为其中μ表示梁的泊松比，δ1表示达到剪力最大值状态时中间夹具一的位移，δ2表示达到剪力最大值状态时中间夹具二的位移。
[0016]进一步地，步骤(1)中循环荷载单个周期内的表达式为：
[0017][0018][0019]其中P1为中间夹具一上所施加的荷载，P2为中间夹具二上所施加的荷载，T为加载周期。
[0020]进一步地，实际加载时，使用控制应变的加载模式，根据需求设置目标弯拉应变的大小；加载频率为10Hz；试验终止条件为梁试件的弯曲劲度模量降低至初始值的50％对应的循环加载次数。
[0021]有益效果：本专利技术与现有技术相比，具有如下显著优点：
[0022]本专利技术针对刚柔复合式路面结构的受力特性，通过改进四点弯曲疲劳试验装置和循环荷载的波形，能够模拟实际车辆荷载经过接缝时沥青层的受力过程，进而有效提高疲劳寿命的预测精度，为刚柔复合式路面的结构设计提供重要参考。
附图说明
[0023]图1是刚柔复合式路面在交通荷载作用下的疲劳裂缝机理图；
[0024]图2是疲劳试验装置的结构示意图；
[0025]图3是图2的正视图；
[0026]图4是疲劳试验施加的循环荷载波形图；
[0027]图5是循环荷载所引起的梁中心处剪力和弯矩的变化曲线。
具体实施方式
[0028]下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。
[0029]如图2和图3所示，一种刚柔复合式路面沥青混合料的疲劳试验装置，包括中间夹具一1、中间夹具二2和两个端部夹具，四个夹具在梁上三等分间距布设。两个中间夹具上刚性连接有加载压头，使其能够提供拉力和压力两种荷载。两个中间夹具相互分离设置，即解除了两个中间夹具的联结。两个加载压头分别连接不同的气动或液压加载装置，两个加载装置由同一控制系统控制，通过在两个中间夹具上分配不同的力来模拟荷载经过接缝时沥青路面的受力变化过程。在梁中心点表面设置位移传感器，同时在两个中间夹具上各增设一位移传感器，三个位移传感器分别用于测量梁中心位移及两个中间夹具位移。本实施例中，位移传感器采用LVDT位移传感器。
[0030]下面介绍应用上述疲劳试验装置进行沥青混合料疲劳试验的方法，包括如下步骤：
[0031]步骤1、试验准备。
[0032]参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》的要求切割梁试件，梁试件的尺寸应符合长度380mm
±
5mm，高度50mm
±
6mm，宽度63mm
±
6mm的要求。对梁试件尺寸参数和体积参数进行检验，并按照规范要求进行养生。养生完成后将梁试件放入疲劳试验装置内，用夹具进行固定，并放置位移传感器，其中一个放在梁试件中心的表面，另外两个放在两个中间夹具的表面。调整传感器读数使之尽可能接近于零。
[0033]步骤2、试验参数选择。
[0034]试验所加循环荷载的波形如图4所示，该循环荷载在单个周期内的表达式如下：
[0035][0036][0037]其中P为荷载峰值，P1为中间夹具一1上所施加的荷载，P2为中间夹具二2上所施加的荷载，T为加载周期。图5给出了循环荷载所引起的梁中心处剪力和弯矩的变化曲线，可以看出，一个周期内，A
→
B是从零加载到剪力最大值，B
→
C是从剪力最大值过渡到弯矩峰值，C
→
D是从弯矩峰值过渡到反向剪力最大值，D
→
E表示卸载阶段。
[0038]实际加载时，使用控制应变的加载模式，根据需求设置目标弯拉应变的大小、加载频率以及试验终止条件。本实施例中，试验温度选为15℃，加载频率定为10Hz，试验终止条件为梁试件的弯曲劲度模量降本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种刚柔复合式路面沥青混合料的疲劳试验装置，包括中间夹具一(1)、中间夹具二(2)和两个端部夹具，两个中间夹具上设有加载压头，其特征在于：两个中间夹具相互分离设置，加载压头与中间夹具刚性连接，两个加载压头分别连接不同的加载装置；在梁中心点及两个中间夹具上各设有一位移传感器，分别用于测量梁中心位移及两个中间夹具位移。2.根据权利要求1所述的疲劳试验装置，其特征在于：四个夹具在梁上三等分间距布设。3.一种刚柔复合式路面沥青混合料的疲劳试验方法，采用权利要求1或2所述的疲劳试验装置，其特征在于：包括如下步骤：(1)参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》要求，对梁试件加载循环荷载，达到终止条件时，停止加载并记录梁试件的疲劳寿命；(2)计算疲劳试验性能指标，包括：最大弯拉应力，计算公式为其中P为荷载峰值；L表示梁跨距，即两个端部夹具的间距；w表示梁宽，h表示梁高；最大弯拉应变...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘月，陈燕，夏磊，宋顺利，张莉莉，
申请(专利权)人：中国中材国际工程股份有限公司，
类型：发明
国别省市：