高度相同，中间保留一定缝隙，伸缩缝材料10置于混凝土构件上表面； 温度传感器11位于伸缩缝材料10附近；法向家在装置包括实心橡胶轮12、气动增压器13、 滑块B14、顶部导轨15、丝杠16和电机17,实心橡胶轮12位于伸缩缝材料10上表面，处于 混凝土构件7缝隙之间，气动增压器13顶部与滑块B14相连，滑块B14固定在顶部导轨15 上，通过电机17带动丝杠16转动实现气动增压器13的水平方向移动。电动缸4为带编码 器的伺服电机，采用位移控制模式，控制伸缩缝材料拉伸量。压力传感器5 -端与电动缸4 连接，另一端与传动轴6连接，压力数据传送至计算机2中。移动混凝土构件701和固定混 凝土构件702材质相同，上表面平整，用于放置和固定伸缩缝材料10。实心橡胶轮12通过 气动增压器13调节气缸压力实现对伸缩缝材料10的法向加压，实心橡胶轮12的水平移动 距离不小于伸缩缝的距离。温度传感器11每隔5分钟测量一次温度，将数据传送至计算机。
[0017] 电动缸4的型号为深圳迈茨工业有限公司DMC75-0560-1500-020-31 ;压力传感器 5的型号为北京中航蓝科自动化设备有限公司CXH-102A。
[0018] 本发明所述桥梁伸缩缝材料多轴疲劳破坏试验设备的实施方法，所述实施方法具 体步骤为：将混凝土构件7固定在底座2和滑块A8上，确保混凝土构件7上表面处于同一 个水平面；开启电动缸4,调节移动混凝土构件701和固定混凝土构件702之间的缝隙，然 后停止电动缸4运行；制作桥梁伸缩缝材料10试样，将其固定在混凝土构件7上表面；启动 气动增压器13,调节气缸压力，使实心橡胶轮12在桥梁伸缩缝材料10表面产生一定的法向 载荷；同时开启电动缸3和电机17,并调节好移动混凝土构件701的运动速度和伸缩频率， 实心橡胶轮12的运动速度和往复频率；每隔5分钟温度传感器11记录一次当前温度并传 送至计算机3,压力传感器5实时将压力数据传送至计算机3,直至伸缩缝材料10出现破坏 时停止试验。
[0019] 工作原理：移动混凝土构件701和固定混凝土构件702模拟桥梁，混凝土构件之间 的缝隙模拟桥梁伸缩缝，伸缩缝材料10用粘结或者其它方式固定在混凝土构件7上，电动 缸4带动传动轴6输出水平力，安装在滑块A8之上的移动混凝土构件701就可以带动伸缩 缝材料10模拟桥梁伸缩，伸缩缝材料10实现了疲劳拉压测试。实心橡胶轮12模拟伸缩缝 上的车辆载荷，电机17转动带动气动增压器13和实心橡胶轮12实现不同速度和不同压力 的往复运动，得到伸缩缝材料10在拉压载荷和车辆载荷耦合作用下的疲劳性能。
[0020] 选用某种橡胶作为桥梁伸缩缝材料，该试件厚度为5cm，宽度为15cm，试验在15°C 下进行。以最大主应变作为参考疲劳破坏因素，单轴疲劳采用成比例加载路径，多轴加载时 拉伸频率与单轴拉伸相同，均为成比例加载，试验参数如下表1所示。得到的疲劳曲线如图 4所示，从图中得出试件在多轴载荷下比单轴载荷疲劳寿命明显缩短，严重桥梁健康及安 全，非常有必要对伸缩缝材料进行模拟实际工况下的疲劳寿命测定。
[0021] 表1疲劳破坏参数
[0022]
【主权项】
1. 一种桥梁伸缩缝材料多轴疲劳破坏试验设备，其特征在于，所述疲劳破坏实验设备 包括外构架（1)、传动装置、混凝土构件（7)、伸缩缝材料（10)、温度传感器（11)和法向加 载装置；所述外构架（1)的底部固定有底座（2)，顶部固定有顶部导轨（15);所述混凝土构 件（7)包括固定混凝土构件（702)和移动混凝土构件（701);所述传动装置位于底座（2)之 上，包括电动缸（4)、压力传感器（5)、传动轴（6)和位于底座（2)上的底座导轨（9);所述 传动轴（6)的一端与移动混凝土构件（701)相连接，另一端通过压力传感器（5)与电动缸 (4) 连接；所述底座导轨（9)上设有滑块A (8)，该滑块A (8)与移动混凝土构件（701)相连， 实现移动混凝土构件（701)的水平方向运动；所述固定混凝土构件（702)和移动混凝土构 件（701)高度相同，两者之间保留有放置伸缩缝材料（10)的缝隙；所述温度传感器（11)位 于伸缩缝材料（10)附近；所述法向加载装置包括实心橡胶轮（12)、气动增压器（13)、滑块 B(14)、顶部导轨（15)、丝杠（16)和电机（17);所述实心橡胶轮（12)位于伸缩缝材料（10) 上表面，处于混凝土构件（7)缝隙之间；所述气动增压器（13)顶部与滑块B (14)相连，其底 部与实心橡胶轮（12)相连；所述滑块B (14)固定在顶部导轨（15)上，通过电机（17)带动 丝杠（16)转动实现气动增压器（13)的水平方向移动；所述压力传感器（5)和温度传感器 (11) 与计算机连接。2. 根据权利要求1所述的一种桥梁伸缩缝材料多轴疲劳破坏试验设备，其特征在于， 所述电动缸（4)为带编码器的伺服电机，采用位移控制模式，控制伸缩缝材料拉伸量。3. 根据权利要求1所述的一种桥梁伸缩缝材料多轴疲劳破坏试验设备，其特征在于， 所述压力传感器（5) -端与电动缸（4)连接，另一端与传动轴（6)连接，压力数据传送至计 算机（3)中。4. 根据权利要求1所述的一种桥梁伸缩缝材料多轴疲劳破坏试验设备，其特征在于， 所述移动混凝土构件（701)和固定混凝土构件（702)的材质相同，上表面平整，用于放置和 固定伸缩缝材料（10)。5. 根据权利要求1所述的一种桥梁伸缩缝材料多轴疲劳破坏试验设备，其特征在于， 所述实心橡胶轮（12)通过气动增压器（13)调节气缸压力实现对伸缩缝材料（10)的法向 加压，其水平移动距离大于等于伸缩缝的距离。6. 根据权利要求1所述的一种桥梁伸缩缝材料多轴疲劳破坏试验设备，其特征在于， 所述温度传感器（11)每隔5分钟测量一次温度，将数据传送至计算机（3)。7. 根据权利要求1所述桥梁伸缩缝材料多轴疲劳破坏试验设备的实施方法，其特征在 于，所述实施方法具体步骤为：将混凝土构件（7)固定在底座（2)和滑块A(S)上，确保混凝 土构件（7)上表面处于同一个水平面；开启电动缸（4)，调节移动混凝土构件（701)和固定 混凝土构件（702)之间的缝隙，然后停止电动缸（4)运行；制作桥梁伸缩缝材料（10)试样， 将其固定在混凝土构件（7)上表面；启动气动增压器（13)，调节气缸压力，使实心橡胶轮 (12) 在桥梁伸缩缝材料（10)表面产生一定的法向载荷；同时开启电动缸（3)和电机（17)， 并调节好移动混凝土构件（701)的运动速度和伸缩频率，实心橡胶轮（12)的运动速度和往 复频率；每隔5分钟温度传感器（11)记录一次当前温度并传送至计算机（3)，压力传感器 (5) 实时将压力数据传送至计算机（3)，直至伸缩缝材料（10)出现破坏时停止试验。
【专利摘要】本发明属于桥梁工程技术领域，涉及一种桥梁伸缩缝材料多轴疲劳破坏试验设备及其实施方法。所述疲劳破坏实验设备包括外构架、传动装置、混凝土构件、伸缩缝材料、温度传感器和法向加载装置；所述混凝土构件包括固定混凝土构件和移动混凝土构件，两者之间保留有放置伸缩缝材料的缝隙；所述移动混凝土构件能实现水平方向的运动；所述法向加载装置包括实心橡胶轮，该实心橡胶轮能够现实法向加载，通过气缸和电机模拟了车轮对伸缩缝材料的作用力。与现有技术相比，本发明所述桥梁伸缩缝材料多轴疲劳破坏试验设备充分模拟了伸缩缝材料受到桥梁伸缩量变化和车辆载荷共同作用的实际工况，可研究不同伸缩量和车辆载荷以及伸缩频率下的材料疲劳性能。
【IPC分类】G01N3/12, G01N3/08, G01N3/20
【公开号】CN105067436
【申请号】CN201510502737
【发明人】朱金鹏, 李洋, 杨蔚明
【申请人】山西省交通科学研究院
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年8月14日