一种沥青混凝土材料拉剪耦合特性测试仪，包括温控箱、用于完成剪切荷载的竖向加载控制系统、用于完成拉伸或压缩荷载的横向加载控制系统和用以控制温控箱温度、竖向加载和横向加载并根据拉压位移和剪切位移拟合得到水平向拉应力和剪应力的耦合特性测试中心，所述温控箱内设有用以放置待检测沥青混凝土材料的工位平台，所述竖向加载控制系统包括竖向油缸、竖向伺服阀、竖向位移传感器和竖向加载控制器，所述横向加载控制系统包括横向油缸、横向伺服阀、水平位移传感器和横向加载控制器，所述竖向加载控制器和横向加载控制器均与所述耦合特性测试中心连接。本发明专利技术能在温度可控条件下实现拉伸和剪切耦合特性检测。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及沥青混凝土路面材料力学特性设备，尤其是一种再现沥青路面现场实际使用过程中的变形特性和静动力响应，是一种包括局部加载拉伸，局部加载拉伸或压缩与剪切耦合，局部循环加载的综合测试仪，并能基于试验结果和力学理论及数值模拟，对沥青路面拉伸和剪切开裂破坏特性进行综合检测和评价。
技术介绍
目前，国内外道路沥青路面面层变形力学特性试验研究的主要方法有：马歇尔法、三轴试验法、蠕变试验法、车辙试验法和剪切试验法等。美国、日本等许多国家以及我国评价高温稳定性的指标是马歇尔法的稳定度和流值，以及车辙试验的动稳定度。马歇尔试验是纯经验方法，最早由密西西比州公路局的Bruce Marshell于1946年专利技术，并于1949年正式为美国陆军采用，要求试件在60℃条件下进行试验，并且不能有效的模拟路面受压剪切破坏过程。车辙试验采用胶轮的往复运动来模拟行车荷载的作用，具有一定的仿真性，所以在道路工程中得到了广泛的应用。但是由于车辙试验轮碾成型方法，各组试件的复现性较差，加之胶轮在不平整试件上往复滚动，进行竖向变形测试时将会导致很大的误差，因此车辙试验的离散型较大，且动稳定度指标是一个间接指标，与车辙试验总变形之间没有严格的对应关系。诺丁汉大学设计开发了动态剪切箱(The Dynamic Shear Box)和意大利马尔凯大学设计了ASTRA(Ancona Shear Testing Research and Analysis，安科纳剪切试验研究与分析)仪器，已分别被Carr[2001]和Ferrotti[2007]应用。动态剪切箱采用尺寸为320mm×200mm的双层厚板，施加法向荷载和重复剪切荷载。ASTRA仪器能试验棱柱(设计尺寸为100mm×100mm)或圆柱(直径为94-100mm)双层试件。试验中，ASTRA试验施加2.5mm/min的恒定位移率和垂直于界面平面的恒定竖向荷载。但该试验设备只能模拟竖向压入荷载与水平剪切荷载的耦合分析，不能解决常见的沥青路面低温温度荷载与行车荷载造成的拉伸与剪切耦合特性分析。Crispino等[1997]设计了一个动态剪切试验来确定沥青层间界面的动态剪切模量。他们在不同频率和温度下进行试验。Mohammad等[2002]研究了关于多粘结层沥青层间的粘结来确定最佳涂层率。他们通过在Superpave剪切试验仪(SST)中放置一个简单的剪切装置来进行试验。这个剪切装置主要是为了确保断裂发生在一个直径为150mm圆柱试件的界面处。试件受到222.5N/min恒定的剪切加载率，直到断裂。记录相应的剪切荷载和剪切位移，以便获得界面的剪切应力-位移曲线和剪切强度。Romanoschi和Metcalf[2002]采用不同法向荷载(138～522kPa)进行了室内直剪试验。他们用剪切试验装置和取自全尺寸试验点直径为95mm的沥青核芯。剪切荷载以恒定12mm//min的位移率施加，直到总剪切位移达到12mm。记录并控制剪切力Fv，法向力Fh和剪切位移。由于有法向荷载的直剪试验具有试验复杂性，许多国家简化了设计，开发了不同的无法向荷载的直剪试验设备。Leutner[1979]设计了一个称为Leutner剪切试验。该实验采用一个直径为150±2mm的钻芯试件。试验中无法向荷载，只在试件界面上施加剪切位-->移率；结果无法有效模拟交通荷载下的界面受力形式。为确保试件固定牢固以及在试件和荷载设备之间有合适的接触，指定试件界面下层厚度和上层厚度至少分别为70mm和25mm。实验设备夹具和不同直径(148～152mm)的荷载设备(即下、上剪切环)有可更换的范围，以便包裹试件直径。试验在标准试验温度20±1℃下进行，并施加50±3mm/min标准位移率。道路试验室广泛采用的标准马歇尔或加州承载比加载设备也能进行50±3mm/min标准位移率的试验。
技术实现思路
为了克服已有沥青混凝土路面材料力学特性设备的无法检测拉伸和剪切耦合特性的不足，本专利技术提供一种在温度可控条件下实现拉伸和剪切耦合特性检测的沥青混凝土材料拉剪耦合特性测试仪。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种沥青混凝土材料拉剪耦合特性测试仪，包括温控箱、用于完成剪切荷载的竖向加载控制系统、用于完成拉伸或压缩荷载的横向加载控制系统和用以控制温控箱温度、竖向加载和横向加载并根据拉压位移和剪切位移拟合得到水平向拉应力和剪应力的耦合特性测试中心，所述温控箱内设有用以放置待检测沥青混凝土材料的工位平台，所述竖向加载控制系统包括竖向油缸、竖向伺服阀、竖向位移传感器和竖向加载控制器，所述竖向油缸的动作端与所述待检测沥青混凝土材料连接，所述竖向油缸的受控端与所述竖向加载控制器连接，所述竖向油缸上设有竖向位移传感器，所述竖向伺服阀和竖向位移传感器均与所述竖向加载控制器连接；所述横向加载控制系统包括横向油缸、横向伺服阀、水平位移传感器和横向加载控制器，所述横向油缸的动作端与所述待检测沥青混凝土材料连接，所述横向油缸的受控端与所述横向加载控制器连接，所述横向油缸上设有水平位移传感器，所述横向伺服阀和水平位移传感器均与所述横向加载控制器连接，所述竖向加载控制器和横向加载控制器均与所述耦合特性测试中心连接。作为优选的一种方案：上述所述待检测沥青混凝土材料的工位平台呈上下对称设置，所述工位平台的上、下端面分别设置两个竖向加载控制系统；所述工位平台的上下侧面分别设置两个横向加载控制系统。本专利技术的技术构思为：国内外并没有水平向可施加拉伸荷载并于竖向剪切荷载同时作用的沥青路面拉剪耦合分析的试验设备。而常规的沥青路面破坏形式主要有开裂与车辙，其中沥青路面开裂的最主要原因就是车辆荷载与低温造成的温度应力，而路面结构在这两种荷载的作用下，是一种拉伸与剪切耦合作用过程，国内外在这方面的研究是一个空白。研究开发温度条件可控，能够模拟沥青混凝土材料在拉伸与剪切耦合作用的试验设备来模拟路面结构在实际使用过程中在行车荷载与温度荷载作用下的力学响应的试验设备具有重要的意义，同时还可用于理论研究和工程现场检测，为实际工程质量控制以及沥青混凝土材料性能研究提供依据和支持。本专利技术的有益效果主要表现在：在温度可控条件下实现拉伸(或压缩)和剪切耦合特性检测。-->附图说明图1为沥青混合料拉剪耦合试验系统示意图；图2为闭路伺服系统控制原理图；图3为图1的I-I剖面示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。参照图1～图3，一种沥青混凝土材料拉剪耦合特性测试仪，包括温控箱10、用于完成剪切荷载的竖向加载控制系统、用于完成拉伸或压缩荷载的横向加载控制系统和用以控制温控箱温度、竖向加载和横向加载并根据拉压位移和剪切位移拟合得到水平向拉应力和剪应力的耦合特性测试中心1，所述温控箱10内设有用以放置待检测沥青混凝土材料的工位平台，所述竖向加载控制系统包括竖向油缸4、竖向伺服阀6、竖向位移传感器8和竖向加载控制器2，所述竖向油缸4的动作端与所述待检测沥青混凝土材料连接，所述竖向油缸4的受控端与所述竖向加载控制器2连接，所述竖向油缸4上设有竖向位移传感器8，所述竖向伺服阀6和竖向位移传感器8均与所述竖向加载控制器2连接；所述横向加载控制系统包括横向油缸5、横向伺服阀7、水平位移传感器9和横向本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种沥青混凝土材料拉剪耦合特性测试仪，其特征在于：所述测试仪包括温控箱、用于完成剪切荷载的竖向加载控制系统、用于完成拉伸或压缩荷载的横向加载控制系统和用以控制温控箱温度、竖向加载和横向加载并根据拉压位移和剪切位移拟合得到水平向拉应力和剪应力的耦合特性测试中心，所述温控箱内设有用以放置待检测沥青混凝土材料的工位平台，所述竖向加载控制系统包括竖向油缸、竖向伺服阀、竖向位移传感器和竖向加载控制器，所述竖向油缸的动作端与所述待检测沥青混凝土材料连接，所述竖向油缸的受控端与所述竖向加载控制器连接，所述竖向油缸上设有竖向位移传感器，所述竖向伺服阀和竖向位移传感器均与所述竖向加载控制器连接；所述横向加载控制系统包括横向油缸、横向伺服阀、水平位移传感器和横向加载控制器，所述横向油缸的动作端与所述待检测沥青混凝土材料连接，所述横向油缸的受控端与所述横向加载控制器连接，所述横向油缸上设有水平位移传感器，所述横向伺服阀和水平位移传感器均与所述横向加载控制器连接，所述竖向加载控制器和横向加载控制器均与所述耦合特性测试中心连接。
【技术特征摘要】
1.一种沥青混凝土材料拉剪耦合特性测试仪，其特征在于：所述测试仪包括温控箱、用于完成剪切荷载的竖向加载控制系统、用于完成拉伸或压缩荷载的横向加载控制系统和用以控制温控箱温度、竖向加载和横向加载并根据拉压位移和剪切位移拟合得到水平向拉应力和剪应力的耦合特性测试中心，所述温控箱内设有用以放置待检测沥青混凝土材料的工位平台，所述竖向加载控制系统包括竖向油缸、竖向伺服阀、竖向位移传感器和竖向加载控制器，所述竖向油缸的动作端与所述待检测沥青混凝土材料连接，所述竖向油缸的受控端与所述竖向加载控制器连接，所述竖向油缸上设有竖向位移传感器，所述竖向伺服阀和竖向位移传感器均与所述竖向加载控制器连接；所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：王金昌，张其践，张雷，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86
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