桥梁无缝伸缩缝材料疲劳开裂模拟测试方法及其测试设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种桥梁无缝伸缩缝材料疲劳开裂模拟测试方法及其测试设备。其测试方法包括如下步骤：1)将2块混凝土构件置于试验平台上固定制成具有凹槽的伸缩缝结构；2)待测的桥梁无缝伸缩缝材料铺筑于伸缩缝结构的凹槽中制成试件；3)设定试验温度，试件在恒定温度下保温；4)将轮胎放置于试件表面，调节轮压以及轮胎与试件之间的相对行程距离和速度，使试件与轮胎之间产生相对往复运动；5)使2块混凝土构件产生相对往复运动；6)测量桥梁无缝伸缩缝材料拉伸变形量，分别记录桥梁无缝伸缩缝产生初裂和终裂时混凝土构件和轮胎相对往复运动次数。本发明可用于测定桥梁无缝伸缩缝材料在轮胎载荷和桥梁温度收缩共同作用下的疲劳开裂所需的重复加载作用次数。
【专利说明】桥梁无缝伸缩缝材料疲劳开裂模拟测试方法及其测试设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种桥梁无缝伸缩缝材料疲劳开裂模拟测试方法及其测试设备，具体地说是用于中小桥梁无缝伸缩缝材料在轮胎载荷和桥梁温度收缩共同作用下的疲劳开裂模拟测试方法及其测试设备。
【背景技术】
[0002]桥梁伸缩缝是桥梁设计中的一个重要组成部分，它是为了满足桥梁的伸缩变形，在桥梁结构的梁端之间或其他适当位置设置的能够相对自由变形的装置。桥梁伸缩缝在桥梁结构中直接承受行车载荷的冲击，并且长期暴露在空气中，使用环境恶劣，容易破坏并且维护成本高。在桥梁结构中，伸缩缝是相对较小和便宜的一个部分，其设计、材料选择及施工过程往往没有得到足够的重视，使得其实际使用寿命远低于设计寿命，需要频繁的维修和养护，严重影响了交通畅通，频繁的维护也带来了资源的浪费与环境的破坏。目前桥梁伸缩缝破坏引起的桥梁问题屡屡被报道，桥梁养护调查研究表明伸缩缝是桥梁结构中最薄弱且养护成本最高的环节之一。法国和葡萄牙调查结果显示伸缩缝的养护成本约占到整个桥梁养护成本的7%?22%。
[0003]目前国内外主要使用的桥梁伸缩装置可分为以下6种类型，即无缝式、填塞对接式、嵌固对接式、橡胶板式、钢制支承式和模数式。桥梁伸缩缝也可简单地分为开口缝和闭口缝两类。开口伸缩缝容易使水和腐蚀性的污染物进入，加快桥梁面板、支座和底层结构性能的衰减，因此这类伸缩缝已经很少使用，而闭口伸缩缝种类相对多。对于桥梁伸缩量比较小时，浙青填充式无缝伸缩缝是最常用的一种伸缩缝装置。无缝伸缩缝由于其良好的降噪能力和行车舒适性而得到了越来越多的关注。无缝伸缩缝的伸缩量一般在50_以内，主要应用于跨度较小的中小型桥梁。此外，浙青填充式伸缩缝还可以代替旧桥梁的连接缝，因此在丨H混凝土桥上的应用比例也相对高。
[0004]浙青填充式桥梁无缝伸缩缝在国内又称为TST无缝伸缩缝，其结构示意图如图1a所示，典型破坏形式见图1b所示。相比于其他类型的伸缩缝，无缝伸缩缝能使桥梁结构无缝化，其主要工作原理是在桥梁梁端间隙中填入特殊的聚合物改性浙青混合料来适应由于温度和载荷引起的桥梁变形。无缝伸缩缝具有良好的整体性和耐久性，施工方便，易于维修和养护，行车舒适，造价相对较低，其主要缺点是使用寿命较低，一般为3-7年。因此如何提高其服役性能和延长其使用寿命是目前急需解决的问题。
[0005]典型的无缝伸缩缝结构由泡沫棒、跨缝钢板、浙青填充料和路面槽口构成。浙青填充料是由聚合物改性浙青与间断级配或单一级配的集料组合形成的综合性能优异的材料。无缝伸缩缝结构相对较为简单，却具有复杂的服役行为。单一级配的集料之间会产生大量的空隙，浙青胶结料在填充这些空隙后，其体积可占到整个混合料的20%-40%。与传统热拌浙青混合料相比，无缝伸缩缝的浙青胶结料用量更大，这使得伸缩缝的使用性能对浙青胶结料的相关性能依赖性更为显著。浙青胶结料的高温稳定性、应力松弛性能和低温柔韧性与其制备的浙青填充料的抗永久变形、低温开裂和疲劳开裂都有直接的联系。[0006]无缝伸缩缝破坏机理很多，典型的破坏包括低温和疲劳开裂、车辙和永久变形以及与原路面的界面破坏。前期研究结果表明整个伸缩缝结构中仅有一小段有效长度承担了伸缩变形，此外跨缝钢板边缘和伸缩缝-原路面界面容易出现应力集中，容易出现低温开裂，一旦出现结构开裂则表明其已达到使用年限，必须更换。因此无缝伸缩缝材料低温时能承受的拉压疲劳次数往往决定了其使用寿命。目前国内外主要利用直接拉伸或拉压疲劳试验装置对伸缩缝材料进行低温延伸性和疲劳测试。在拉压疲劳试验方面，其原理是利用每天产生的温差计算中小桥梁伸缩缝的伸缩量，通过控制水平拉压位移模拟桥梁伸缩缝的伸缩量进行拉压疲劳试验，至试件出现裂缝来检测疲劳寿命。在模拟车辆轮胎荷载方面，现有的浙青混合料车辙试验仪或路面加速加载试验均可对道路材料施加往复行车荷载作用，但上述设备均不适用于桥梁伸缩缝结构。现有的研究结果表明桥梁伸缩缝材料是铺筑在桥缝结构中，其疲劳开裂是主要是桥梁温缩和交通荷载共同作用下产生的，因此在检测其疲劳寿命时应将伸缩缝结构、桥梁伸缩量和交通重复荷载统分结合起来，以分析桥梁温缩和交通荷载耦合作用。目前我国在桥梁无缝伸缩缝材料与结构性能检测方面还未形成相应的规范，因此急需开发出与桥梁无缝伸缩缝结构与受力相匹配的测试方法及其检测设备，以更好的指导材料优化和科学评价其使用寿命。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供一种桥梁无缝伸缩缝材料疲劳开裂模拟测试方法及其测试设备，可用于测定桥梁无缝伸缩缝材料在轮胎载荷和桥梁温度收缩共同作用下的疲劳开裂所需的重复加载作用次数。
[0008]为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是，桥梁无缝伸缩缝材料疲劳开裂模拟测试方法，其特征在于包括如下步骤:
1)将2块混凝土构件置于试验平台上固定制成具有凹槽的伸缩缝结构；
2)待测的桥梁无缝伸缩缝材料铺筑于伸缩缝结构的凹槽中制成试件(伸缩缝结构试
件)；
3)设定试验温度，试件在恒定温度下保温；
4)将轮胎放置于试件表面，调节轮压以及轮胎与试件之间的相对行程距离和速度，使试件与轮胎之间产生相对往复运动；
5)调节试件水平拉伸距离和速度，使2块混凝土构件产生相对往复运动；
6)测量桥梁无缝伸缩缝材料拉伸变形量，分别记录桥梁无缝伸缩缝产生初裂和终裂时混凝土构件和轮胎相对往复运动次数。
[0009]所述步骤I)中，混凝土构件(混凝土桥梁伸缩缝构件)为L型，2块混凝土构件按镜像放置，中间形成凹槽。
[0010]所述步骤2)中，桥梁无缝伸缩缝材料为改性浙青胶结料与单一级配集料(粒径10mnT20mm)组成的混合料,混合料的质量比为:改性浙青胶结料:集料=(15?25): (75?85)。[0011 ] 所述步骤3)中，试验温度为-20V?60°C，以模拟路面不同温度，保温时间为3?4小时。
[0012]所述步骤4)中，轮胎施加在试件表面上的轮压为0.7MPa?2.0MPa，可根据需要调整轮压，实现加速加载的目的。[0013]所述步骤4)中，轮胎与试件之间的相对行程距离为30cm?50cm。
[0014]所述步骤4)中，轮胎与试件之间的相对行进速度为2.0km/h?4.0km/h,通过慢速加载，增加轮压作用时间，提高疲劳效果。
[0015]所述步骤5)中，2块混凝土构件(混凝土桥梁伸缩缝构件)产生相对往复运动距离为1mm?100mm，以满足不同规格的试件测试需求。
[0016]所述步骤5)中，2块混凝土构件(混凝土桥梁伸缩缝构件)产生相对往复运动速度为10mm/min?50mm/mm,以模拟桥梁缓慢的温缩行为。
[0017]上述测试方法还包括在轮胎与试件之间相对往复运动以及混凝土构件(混凝土桥梁伸缩缝构件)相对往复运动不同次数下对试件表面进行录像的步骤。
[0018]实现上述测试方法的桥梁无缝伸缩缝材料疲劳开裂模拟测试设备，其特征在于:它包括用于安放试件的可移动的试验平台、滚动轮胎荷载模拟装置，伸缩缝收缩变形模拟装置以及保温和控制系统；滚动轮胎荷载模拟装置的实心橡胶轮胎27与位于试验平台上的试件16相接触，且实心橡胶轮胎27与试件16之间产生相对往复运动(模拟实际桥面行车荷载对伸缩缝材料的剪切疲劳作用);伸缩缝收缩变形模拟装置的第一连杆7与试验平台的第一钢板8相连，并使第一钢板8往复位移运动(模拟实际桥面伸缩缝产生的位移);保温和控制系统设置在滚动轮胎荷载模拟装置的外机架18上(实现调温功能)。
[0019]所述试验平台包括第一钢板8和第二钢板11，第一钢板8与第二钢板11在同一水平面内前后位置(图2中的左右位置)布置，第一钢板8与第二钢板11之间的间距为5cm ；第一钢板8、第二钢板11上各铺装一混凝土构件13 (第一钢板8、第二钢板11的上面形状与混凝土构件13的底面形状相同)，混凝土构件(混凝土桥梁伸缩缝构件)13为L型，2块混凝土构件按镜像放置，中间形成凹槽34 ;在两块混凝土构件13的凹槽34中的接缝35处，置一块第三钢板(薄层钢板，厚度为4-10mm) 15，凹槽内填充待测的桥梁无缝伸缩缝材料形成试件16 ;第一钢板8由相连接的第二轴承9安装在第一滑轨10上(第一钢板8可水平移动)；第二钢板11固定在基座12的上面，第一连杆7的后端(图2中的右端)与第一钢板8的前端固定(第一钢板8可以在第一连杆7的牵引下沿第一滑轨10做前后位移运动，第二钢板11保持固定);第一滑轨10 (为2个、第二轴承9相应)、基座12固定在内机架17的上端面(内机架17位于外机架18内)。
[0020]所述滚动轮胎荷载模拟装置包括内机架17、外机架18、支架26、实心橡胶轮胎27，外机架18内铰接一个支架26，支架26位于外机架18内的后部，内机架17的上方，支架26的中间安装一个实心橡胶轮胎27，实心橡胶轮胎27与试件16 (待测的桥梁无缝伸缩缝材料)相接触(对待测的桥梁无缝伸缩缝材料产生垂直方向的作用力)，支架26的前端部安装有配重块28 (用于调节轮胎压力);内机架17位于外机架18内，第二电动机21固定安装在外机架18上，第二电动机21与第二减速器22的输入端相连，第二减速器的输出轴由第二联轴器23与第二曲柄24相连，第二曲柄24与第二连杆25铰接，第二连杆25与内机架17铰接；内机架17由相连接的第三轴承19安装在第二导轨20上(内机架17可水平移动)，第二导轨20固定在外机架18上。在第二电动机21的牵引下，牵引着整个内机架17做前后往复运动，实现了实心橡胶轮胎27与试件16之间产生相对往复运动。
[0021]所述伸缩缝收缩变形模拟装置包括第一电动机1、第一减速器2、第一联轴器3、传动轴4,第一电动机I固定安装在内机架17内，第一电动机I与第一减速器2相连,第一减速器2的输出轴由第一联轴器3与传动轴4的一端相连，传动轴4由第一轴承5安装在内机架17上，传动轴4的另一端位于内机架17的上方，并与第一曲柄6铰接(第一曲柄6套在传动轴的上端)，第一曲柄6与第一连杆7的前端铰接,第一连杆7的后端(图2中的右端)与第一钢板8的前端固定。第一曲柄6转动时带动第一钢板8的往复位移运动，实现了伸缩缝收缩变形模拟。
[0022]在第一减速器2和第一联轴器之间装有计数感应器(计数感应装置)14，计数感应器14与控制箱32相接通，试验过程中记录桥梁无缝伸缩缝的疲劳寿命。
[0023]所述保温和控制系统包括温度传感器30、电风扇(循环风扇)31和加热管29，温度传感器30、电风扇31和加热管29安装在外机架18内的上端部。通过在外机架(机箱)18内放置干冰降温、加热管辅助加热实现调温功能。
[0024]本发明的测试方法通过对在混凝土构件中铺筑无缝伸缩缝材料制成的试件进行室内仿真模拟加载试验，利用轮胎碾压和水平拉伸对试件进行疲劳开裂试验，获取了试件初裂和终裂时轮胎碾压次数和水平拉伸次数，同时也可以从开裂位置分析材料与结构薄弱环节和破坏机理，从而更准确的反映无缝伸缩缝材料与结构的真实服役性能和使用寿命。所设计的滚动轮胎荷载模拟装置通过杠杆结构对试件轮压加载，并通过曲柄连杆上的连接孔调节试件行程距离、通过变速箱的传动比设定选择不同行进速度，能够针对各种试件、设定不同的参数实现轮胎重复加载疲劳测试。所设计的伸缩缝收缩变形模拟装置由电动机产生动力，经过低速减速机进行减速，产生试验所需的低速转动，通过联轴器、传动轴、轴承、曲柄和连杆，牵引着钢板前后移动实现模拟实际伸缩缝的水平方向位移运动。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1a是无缝伸缩缝结构示意图。
[0026]图1b是典型破坏形式图。
[0027]图2是本发明桥梁无缝伸缩缝材料疲劳开裂模拟测试设备的结构示意图。
[0028]图3是图2的左视图。
[0029]图4是图2中沿A-A线的剖视图。
[0030]图5是本发明的两块混凝土构件制成的伸缩缝结构图。
[0031]图6是本发明的待测的桥梁无缝伸缩缝材料铺筑于伸缩缝结构的凹槽中制成试件图。
[0032]图中:1一第一电动机，2—第一减速器(低速减速器)，3—第一联轴器、4一传动轴、5—第一轴承、6—第一曲柄、7—第一连杆，8—第一钢板，9 一第二轴承，10—第一导轨，11—第二钢板，12一基座，13一混凝土构件，14一计数感应器，15一第二钢板(薄层钢板)，16一试件(待测的桥梁无缝伸缩缝材料)，17一内机架，18一外机架，19一第二轴承,20—第二导轨，21 一第二电动机，22一第二减速器，23一第二联轴器，24一第二曲柄，25一第二连杆，26一支架，27—实心橡胶轮胎(橡胶实心轮)，28—配重块，29—加热管，30—温度传感器，31—电风扇，32—控制箱，33—隔热橡胶块，34-凹槽，35-接缝(即桥梁无缝伸缩缝)。
【具体实施方式】
[0033]以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细描述: 桥梁无缝伸缩缝材料疲劳开裂模拟测试方法，包括如下步骤:
1)将2块混凝土构件13置于试验平台上固定制成具有凹槽34的伸缩缝结构(如图5所示)；
2)待测的桥梁无缝伸缩缝材料铺筑于伸缩缝结构的凹槽中制成试件16(伸缩缝结构试件)(如图6所示)；
3)设定试验温度，试件在恒定温度下保温；保温3?4小时；
4)将轮胎放置于试件表面，调节轮压以及轮胎与试件之间的相对行程距离和速度，使试件与轮胎之间产生相对往复运动；
5)调节试件水平拉伸距离和速度，使2块混凝土构件产生相对往复运动；
6)测量桥梁无缝伸缩缝材料拉伸变形量，分别记录桥梁无缝伸缩缝产生初裂和终裂时混凝土构件和轮胎相对往复运动次数，对试件表面进行拍照，记录试件开裂位置。
[0034]所述步骤I)中，混凝土构件(混凝土桥梁伸缩缝构件)为L型，2块混凝土构件按镜像放置，中间形成凹槽。
[0035]所述步骤2)中，桥梁无缝伸缩缝材料为改性浙青胶结料与单一级配集料(粒径10mnT20mm)组成的混合料,混合料的质量比为:改性浙青胶结料:集料=(15?25): (75?85)。
[0036]所述步骤3)中，试验温度为-20°C?60°C，以模拟路面不同温度，保温时间为3?4小时。
[0037]所述步骤4)中，轮胎施加在试件表面上的轮压为0.7MPa?2.0MPa，可根据需要调整轮压，实现加速加载的目的。
[0038]所述步骤4)中，轮胎与试件之间的相对行程距离为30cm?50cm。
[0039]所述步骤4)中,轮胎与试件之间的相对行进速度为2.0km/h?4.0km/h,通过慢速加载，增加轮压作用时间，提高疲劳效果。
[0040]所述步骤5)中，2块混凝土构件(混凝土桥梁伸缩缝构件)产生相对往复运动距离为1mm?100mm，以满足不同规格的试件测试需求。
[0041]所述步骤5)中，2块混凝土构件(混凝土桥梁伸缩缝构件)产生相对往复运动速度为10mm/min?50mm/mm,以模拟桥梁缓慢的温缩行为。
[0042]上述测试方法还包括在轮胎与试件之间相对往复运动以及混凝土构件(混凝土桥梁伸缩缝构件)相对往复运动不同次数下对试件表面进行录像的步骤。
[0043]如图1-6所示，实现上述测试方法的桥梁无缝伸缩缝材料疲劳开裂模拟测试设备，它包括用于安放试件的可移动的试验平台、滚动轮胎荷载模拟装置，伸缩缝收缩变形模拟装置以及保温和控制系统；滚动轮胎荷载模拟装置的实心橡胶轮胎27与位于试验平台上的试件16相接触，且实心橡胶轮胎27与试件16之间产生相对往复运动(模拟实际桥面行车荷载对伸缩缝材料的剪切疲劳作用);伸缩缝收缩变形模拟装置的第一连杆7与试验平台的第一钢板8相连，并使第一钢板8往复位移运动(模拟实际桥面伸缩缝产生的位移);保温和控制系统设置在滚动轮胎荷载模拟装置的外机架18上(实现调温功能)。
[0044]滚动轮胎荷载模拟装置用于施加轮胎压力；伸缩缝收缩变形模拟装置用于施加水平往复位移；保温和控制系统，用于试验温度调节，模拟实际路面高低温条件。
[0045]所述试验平台包括第一钢板8和第二钢板11，第一钢板8与第二钢板11在同一水平面内前后位置(即图2中的左右位置)布置，第一钢板8与第二钢板11之间的间距为5cm ；第一钢板8、第二钢板11上各铺装一混凝土构件13 (第一钢板8、第二钢板11的上面形状与混凝土构件13的底面形状相同)，混凝土构件(混凝土桥梁伸缩缝构件)13为L型，2块混凝土构件按镜像放置，中间形成凹槽34 ;在两块混凝土构件13的凹槽34中的接缝35处，置一块第三钢板(薄层钢板，厚度为4-10mm)15 (第三钢板以便填充待测的桥梁无缝伸缩缝材料)，凹槽内填充待测的桥梁无缝伸缩缝材料形成试件16 ;第一钢板8由相连接的第二轴承9安装在第一滑轨10上(第一钢板8可水平移动)；第二钢板11固定在基座12的上面，第一连杆7的后端(图2中的右端)与第一钢板8的前端固定(第一钢板8可以在第一连杆7的牵引下沿第一滑轨10做前后位移运动，第二钢板11保持固定);第一滑轨10 (为2个、第二轴承9相应)、基座12固定在内机架17的上端面(内机架17位于外机架18内)。
[0046]所述滚动轮胎荷载模拟装置包括内机架17、外机架18、支架26、实心橡胶轮胎27，外机架18内铰接一个支架26，支架26位于外机架18内的后部，内机架17的上方，支架26的中间安装一个实心橡胶轮胎27，实心橡胶轮胎27与试件16 (待测的桥梁无缝伸缩缝材料)相接触(对待测的桥梁无缝伸缩缝材料产生垂直方向的作用力)，支架26的前端部安装有配重块28 (用于调节轮胎压力);内机架17位于外机架18内，第二电动机21固定安装在外机架18上，第二电动机21与第二减速器22的输入端相连，第二减速器的输出轴由第二联轴器23与第二曲柄24相连，第二曲柄24与第二连杆25铰接，第二连杆25与内机架17铰接；内机架17由相连接的第三轴承19安装在第二导轨20上(内机架17可水平移动)，第二导轨20固定在外机架18上。在第二电动机21的牵引下，牵引着整个内机架17做前后往复运动，实现了实心橡胶轮胎27与试件16之间产生相对往复运动。
[0047]所述伸缩缝收缩变形模拟装置包括第一电动机1、第一减速器2、第一联轴器3、传动轴4,第一电动机I固定安装在内机架17内，第一电动机I与第一减速器2相连,第一减速器2的输出轴由第一联轴器3与传动轴4的一端相连，传动轴4由第一轴承5安装在内机架17上，传动轴4的另一端位于内机架17的上方，并与第一曲柄6铰接(第一曲柄6套在传动轴的上端)，第一曲柄6与第一连杆7的前端铰接,第一连杆7的后端(图2中的右端)与第一钢板8的前端固定。第一曲柄6转动时带动第一钢板8的往复位移运动，实现了伸缩缝收缩变形模拟。
[0048]在第一减速器2和第一联轴器之间装有计数感应器(计数感应装置)14，计数感应器14与控制箱32相接通，试验过程中记录桥梁无缝伸缩缝的疲劳寿命。
[0049]所述保温和控制系统包括温度传感器30、电风扇(循环风扇)31和加热管29，温度传感器30、电风扇31和加热管29安装在外机架18内的上端部。通过在外机架(机箱)18内放置干冰降温、加热管辅助加热实现调温功能。
[0050]所述保温和控制系统还包括隔热橡胶块33，内机架17的上端与外机架18之间固定连接有隔热橡胶块33。
[0051]控制箱32上装有总电源开关、电机控制开关、加热和电扇开关、计数开关以及相应指示灯。其中:根据实验所需温度，在控制箱32上设定温度，打开加热和风扇开关，实现控温并保温，打开计数器开关即可开始计数。
[0052]实施例1
将混凝土构件13置于试验平台的第一钢板8，第二钢板11上固定，在接缝(即桥梁无缝伸缩缝)35正上方铺设第三钢板(薄层钢板)15，将待测的桥梁无缝伸缩缝材料(改性浙青胶结料:集料的质量比=1:5) 16铺筑于2块混凝土构件13中制成试件(长500mmX宽400mmX厚100mm)。养护24小时后，将实心橡胶轮胎27放置于试件16表面，调节配重块28使轮压为0.7MPa，轮胎27与试件16之间的相对行程距离50cm，行进速度为2.0km/h。调节第一曲柄6转动半径，试件16水平拉伸距离为10mm，第一钢板8，第二钢板11间产生相对往复运动速度为50mm/min。打开控制箱(温度控制系统)32，设定试验温度_10°C，保温4小时。起动第一电动机1、第二电动机21，分别使轮胎27与试件16以及第一钢板8，第二钢板11之间相对往复运动。测得桥梁无缝伸缩缝材料拉伸变形量为9.5mm，桥梁无缝伸缩缝产生初裂时水平拉伸次数为2136次，轮胎碾压46137次，裂缝位于无缝伸缩缝材料中部。
[0053]实施例2
将混凝土构件13置于试验平台的第一钢板8，第二钢板11上固定，在接缝(即桥梁无缝伸缩缝)35正上方铺设第三钢板(薄层钢板)15，将待测的桥梁无缝伸缩缝材料(改性浙青胶结料:集料的质量比=1:3)16铺筑于2块混凝土构件13中制成试件(长700mmX宽400mmX厚100mm)。养护24小时后，将实心橡胶轮胎27放置于试件16表面，调节配重块28使轮压为2.0MPa，轮胎27与试件16之间的相对行程距离70cm，行进速度为3.0km/h。调节第一曲柄6转动半径，试件16水平拉伸距离为70mm，第一钢板8，第二钢板11间产生相对往复运动速度为100mm/min。打开温度控制系统32，设定试验温度0°C，保温4小时。起动第一电动机1、第二电动机21，分别使轮胎27与试件16以及第一钢板8，第二钢板11之间相对往复运动。测得桥梁无缝伸缩缝材料拉伸变形量为68.5mm，桥梁无缝伸缩缝产生初裂时水平拉伸次数为159次，轮胎碾压17840次，裂缝位于无缝伸缩缝材料中部。
【权利要求】
1.桥梁无缝伸缩缝材料疲劳开裂模拟测试方法，其特征在于包括如下步骤: 1)将2块混凝土构件置于试验平台上固定制成具有凹槽的伸缩缝结构； 2)待测的桥梁无缝伸缩缝材料铺筑于伸缩缝结构的凹槽中制成试件； 3)设定试验温度，试件在恒定温度下保温； 4)将轮胎放置于试件表面，调节轮压以及轮胎与试件之间的相对行程距离和速度，使试件与轮胎之间产生相对往复运动； 5)调节试件水平拉伸距离和速度，使2块混凝土构件产生相对往复运动； 6)测量桥梁无缝伸缩缝材料拉伸变形量，分别记录桥梁无缝伸缩缝产生初裂和终裂时混凝土构件和轮胎相对往复运动次数。
2.根据权利要求1所述的桥梁无缝伸缩缝材料疲劳开裂模拟测试方法，其特征在于:所述步骤I)中，混凝土构件为L型，2块混凝土构件按镜像放置，中间形成凹槽。
3.根据权利要求1所述的桥梁无缝伸缩缝材料疲劳开裂模拟测试方法，其特征在于:所述步骤2)中，桥梁无缝伸缩缝材料为改性浙青胶结料与单一级配集料组成的混合料，混合料的质量比为:改性浙青胶结料:集料=15~25:75~85。
4.根据权利要求1所述的桥梁无缝伸缩缝材料疲劳开裂模拟测试方法，其特征在于:所述步骤3)中，试验温度为-20°C~60°C，保温时间为3~4小时。
5.根据权利要求1所述的桥梁无缝伸缩缝材料疲劳开裂模拟测试方法，其特征在于:所述步骤4)中，轮胎施加在试件表面上的轮压为0.7MPa~2.0MPa0
6.根据权利要求1所述的桥梁无缝伸缩缝材料疲劳开裂模拟测试方法，其特征在于:所述步骤4)中，轮胎与试件之间的相对行程距离为30cm~50cm。
7.根据权利要求1所述的桥梁无缝伸缩缝材料疲劳开裂模拟测试方法，其特征在于:所述步骤4)中，轮胎与试件之间的相对行进速度为2.0km/h~4.0km/h。
8.根据权利要求1所述的桥梁无缝伸缩缝材料疲劳开裂模拟测试方法，其特征在于:所述步骤5)中，2块混凝土构件产生相对往复运动距离为1mm~100mm。
9.根据权利要求1所述的桥梁无缝伸缩缝材料疲劳开裂模拟测试方法，其特征在于:所述步骤5)中，2块混凝土构件产生相对往复运动速度为10mm/min~50mm/mm。
10.根据权利要求1所述的桥梁无缝伸缩缝材料疲劳开裂模拟测试方法，其特征在于:步骤4) -5)中还包括在轮胎与试件之间相对往复运动以及混凝土构件相对往复运动不同次数下对试件表面进行录像的步骤。
11.实现权利要求1所述的测试方法的桥梁无缝伸缩缝材料疲劳开裂模拟测试设备，其特征在于:它包括用于安放试件的可移动的试验平台、滚动轮胎荷载模拟装置，伸缩缝收缩变形模拟装置以及保温和控制系统；滚动轮胎荷载模拟装置的实心橡胶轮胎(27)与位于试验平台上的试件(16)相接触，且实心橡胶轮胎(27)与试件(16)之间产生相对往复运动；伸缩缝收缩变形模拟装置的第一连杆(7)与试验平台的第一钢板(8)相连，并使第一钢板(8)往复位移运动；保温和控制系统设置在滚动轮胎荷载模拟装置的外机架(18)上。
12.根据权利要求11所述的桥梁无缝伸缩缝材料疲劳开裂模拟测试设备，其特征在于:所述试验平台包括第一钢板(8)和第二钢板(11)，第一钢板(8)与第二钢板(11)在同一水平面内前后位置布置，第一钢板(8)与第二钢板(11)之间的间距为5cm;第一钢板(8)、第二钢板(11)上各铺装一混凝土构件(13)，混凝土构件(13)为L型，2块混凝土构件按镜像放置，中间形成凹槽(34);在两块混凝土构件(13 )的凹槽(34)中的接缝(35 )处，置一块第三钢板(15)，凹槽内填充待测的桥梁无缝伸缩缝材料形成试件(16);第一钢板(8)由相连接的第二轴承(9)安装在第一滑轨(10)上；第二钢板(11)固定在基座(12)的上面，第一连杆(7)的后端与第一钢板(8)的前端固定；第一滑轨(10)、基座(12)固定在内机架(17)的上端面。
13.根据权利要求11所述的桥梁无缝伸缩缝材料疲劳开裂模拟测试设备，其特征在于:所述滚动轮胎荷载模拟装置包括内机架(17)、外机架(18)、支架(26)、实心橡胶轮胎(27)，外机架(18)内铰接一个支架(26)，支架(26)位于外机架(18)内的后部，内机架(17)的上方，支架(26)的中间安装一个实心橡胶轮胎(27)，实心橡胶轮胎(27)与试件(16)相接触，支架(26)的前端部安装有配重块(28);内机架(17)位于外机架(18)内，第二电动机(21)固定安装在外机架(18)上，第二电动机(21)与第二减速器(22)的输入端相连，第二减速器的输出轴由第二联轴器(23)与第二曲柄(24)相连，第二曲柄(24)与第二连杆(25)铰接，第二连杆(25)与内机架(17)铰接；内机架(17)由相连接的第三轴承(19)安装在第二导轨(20)上，第二导轨(20)固定在外机架(18)上。
14.根据权利要求11所述的桥梁无缝伸缩缝材料疲劳开裂模拟测试设备，其特征在于:所述伸缩缝收缩变形模拟装置包括第一电动机(I)、第一减速器(2)、第一联轴器(3)、传动轴(4),第一电动机(I)固定安装在内机架(17)内，第一电动机(I)与第一减速器(2)相连，第一减速器(2)的输出轴由第一联轴器(3)与传动轴(4)的一端相连,传动轴(4)由第一轴承(5)安装在内机架(17)上，传动轴(4)的另一端位于内机架(17)的上方，并与第一曲柄(6)铰接,第一曲柄(6)与第一连杆(7)的前端铰接,第一连杆(7)的后端与第一钢板(8)的前端固定。
15.根据权利要 求11所述的桥梁无缝伸缩缝材料疲劳开裂模拟测试设备，其特征在于:第一减速器(2)和第一联轴器之间装有计数感应器(14)，计数感应器(14)与控制箱(32)相接通，试验过程中记录桥梁无缝伸缩缝的疲劳寿命。
16.根据权利要求11所述的桥梁无缝伸缩缝材料疲劳开裂模拟测试设备，其特征在于:所述保温和控制系统包括温度传感器(30)、电风扇(31)和加热管(29)，温度传感器(30)、电风扇(31)和加热管(29)安装在外机架(18)内的上端部。
【文档编号】G01N3/32GK104034611SQ201410156266
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年4月18日 优先权日:2014年4月18日
【发明者】磨炼同, 刘爽, 谢严君, 束冬林, 王慧丰, 吴少鹏 申请人:武汉理工大学