一种路面结构层间剪切强度测试仪的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种路面结构层间剪切强度测试仪，其特征是设置剪切模具是由分体设置的下部固定模盒和上部剪切模套构成，被测试件固定放置在下部固定模盒中，被测试件的剪切面与下部固定模盒的顶面平齐，上部剪切模套固套在被测试件的剪切层上，底面与被测试件的剪切面平齐；下部固定模盒的固定倾角可以调节，以使被测试件的上表面按设定为呈水平，或为与水平面呈夹角A；以拉杆在上部剪切模套的一侧提供拉力实施剪切，拉杆的轴线与被测试件的上表面平行；可自由转动的竖向加载轮利用竖向加载杆给定的竖向压力抵于被测试件的上表面。本发明真实模拟在一定纵坡角度下的路面、桥面剪切特性，提高测试精度。
【专利说明】一种路面结构层间剪切强度测试仪
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种路面检测仪器，更具体涉及路面结构层间剪切强度测试仪。
【背景技术】
[0002]路面结构层间剪切强度是指路面面层层间、基层层间、或面层与基层层间的结构抗剪破坏强度。路面结构层间剪切强度测试是对路面性能进行评估的重要手段，但目前常规使用的剪切强度试验仪器在如下方面存在不足:路面、桥面结构层所承受的剪应力，尤其是平行于路面、桥面表面的剪应力，主要是由于车辆在正常行驶、突然启动和刹车时造成的，而此时车辆荷载依然对路面有较大垂直压力，这种垂直压力的作用将会对结构层间的抗剪能力产生重要影响，且这种影响会随着道路、桥梁纵坡度的改变而改变。剪应力是在车轮竖直荷载和平行于路面荷载共同作用下产生的。车辆在启动和刹车时对路面的荷载并非只有垂直于路面的法向荷载，还有平行于路面的表层推移荷载，它与路面的法向方向呈一定角度，车辆水平行驶时为90°。现有技术中的路面结构层间剪切强度试验仪对于被测试件施加的荷载都是法向荷载，或不设置法向荷载，是以假设路面处于水平状态为前提，无法模拟如图9所示的路面、桥面处于不同纵坡度时的受力过程。
[0003]目前使用的路面结构层间剪切强度试验仪是将被测试件的上面层予以固定，拉动下面层滑动实施水平加载，即拉动路面的下面层或下基层，但实际上，车轮荷载是直接接触路面的上面层，其垂直于或平行于路面的荷载是通过表层向下层传递的，路面产生的剪应力则是路面上面层对中、下面层作用所致，显然，已有的试验方式并非实际路面的受力情况。
[0004]目前使用的路面结构层间剪切强度试验仪是利用竖向加载平板施加法向荷载，因此在竖向加载平板与路表之间存在较大的摩擦力，若采用拉动路面上面层的滑动来模拟平行于路面的荷载，最终导致因摩擦力的存在给实验结果带来较大误差甚至错误。
[0005]一般而言，路面的结构层自上而下依次为上面层、中面层、下面层以及上基层和下基层，剪切试验需要在各不同的结构层之间进行，包括下面层与上基层之间的剪切试验、上面层与中面层之间的剪切试验等，但目前使用的路面结构层间剪切强度试验仪并不能满足在不同结构层之间进行测试的要求。
【发明内容】
[0006]本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种路面结构层间剪切强度测试仪，以期能够真实模拟道路或桥梁在一定角度条件下的路面和桥面剪切特性，兼顾路面表层的滑动和竖向荷载的同时加载，减少因面层滑动加载拉力和竖向荷载所致的摩擦力的抵消程度，提高模拟精度。
[0007]本发明为解决技术问题采用如下技术方案:
[0008]本发明路面结构层间剪切强度测试仪，其结构特点是:
[0009]设置剪切模具是由分体设置的下部固定模盒和上部剪切模套构成，被测试件固定放置在所述下部固定模盒中，所述被测试件的剪切面与下部固定模盒的顶面平齐，所述上部剪切模套固套在被测试件的剪切层上，上部剪切模套的底面与被测试件的剪切面平齐；
[0010]所述下部固定模盒在支撑平台上的固定倾角可以调节，以使所述被测试件的上表面按设定为呈水平，或为与水平面呈夹角A ；
[0011]设置拉杆，以所述拉杆在所述上部剪切模套的一侧提供拉力实施剪切，所述拉杆的轴线与所述被测试件的上表面平行，所述拉杆的拉伸速率和拉力可以调节为设定值；
[0012]设置竖向加载轮，可自由转动的竖向加载轮设置在竖向加载杆的底端，在所述竖向加载杆上设置有位移传感器，所述竖向加载轮利用竖向加载杆给定的竖向压力抵于被测试件的上表面。
[0013]本发明路面结构层间剪切强度测试仪，其结构特点也在于:
[0014]设置一升降台，所述拉杆是以拉杆尾部铰接在所述升降台上，由所述升降台调节拉杆尾部的高低，拉杆前端固定连接在所述上部剪切模套的侧部。
[0015]本发明路面结构层间剪切强度测试仪，其结构特点还在于:
[0016]设置所述下部固定模盒的支撑结构为:所述下部固定模盒通过支撑杆支立在支撑平台上，所述支撑杆的底端与所述支撑平台铰接，支撑杆的顶端固定连接在下部固定模盒的底部；在所述下部固定模盒的底部、处在与所述支撑杆不同位置上铰接有长度可调的斜撑杆，所述斜撑杆的底端铰接在所述支撑平台上，按设定调节所述斜撑杆的长度，以使所述被测试件的上表面处于水平，或处于与水平面呈夹角A。
[0017]本发明路面结构层间剪切强度测试仪，其结构特点还在于:
[0018]以横断面为矩形的复合车辙板为被测试件，设置所述下部固定模盒的结构形式为:一对“L”形侧板相对放置并在两端对接形成一矩形框，所述矩形框放置在一托板上，所述托板在左右两侧形成有侧部挡边，以所述侧部挡边对所述矩形框在左右两侧形成限位，以所述托板作为下部固定模盒的底板，所述支撑杆和斜撑杆是与所述托板相连接；被测试件定位在由所述矩形框和托板构成的下部固定模盒中，配套设置的上部剪切模套为可以固套在所述被测试件剪切层上的矩形框。
[0019]本发明路面结构层间剪切强度测试仪，其结构特点还在于:
[0020]以横断面为圆形的钻芯为被测试件，设置所述下部固定模盒为下段圆柱夹具，所述下段圆柱夹具置于一托板上，所述托板在其顶面中心位置处设置为圆柱形凹台，所述下段圆柱夹具定位在所述圆柱形凹台中，以所述托板作为下部固定模盒的底板，所述支撑杆和斜撑杆是与所述托板相连接；被测试件定位在由所述下段圆柱夹具和托板构成的下部固定模盒中，配套设置的上部剪切模套为可以固套在所述被测试件剪切层上的上段圆柱夹具。
[0021]本发明路面结构层间剪切强度测试仪，其结构特点还在于:
[0022]设置温度可控的封闭箱体，所述剪切模具和竖向加载轮置于所述封闭箱体中。
[0023]与已有技术相比，本发明有益效果体现在:
[0024]1、本发明真实模拟道路或桥梁在一定纵坡角度条件下的路面、桥面剪切特性，通过设置0-60°的坡度范围完全能满足现行全部道路、桥梁纵坡设计条件以及室内试验模拟条件；
[0025]2、本发明采用拉动路面上层结构的加载方式，同时配合设置竖向加载轮，兼顾了路面表层的滑动和竖向荷载的同时加载，更加贴近实际工况，而且大大消弱了传统法向加载平板与试件之间的摩擦力所带来的误差，提高模拟精度。
[0026]3、本发明配套设置不同的下部固模盒和上部剪切模套可以适用于不同路面结构与厚度的剪切、包括复合车辙板，即300mmX300mmX 10mm的方形试件，以及现场钻芯的任意厚度圆柱形试件，Φ = 10mm ；
[0027]4、本发明全面模拟路面受力状况，设置上部剪切模套在相应的被测试件剪切层上，能够满足现场钻芯不同厚度和不同层位的剪切试验，通过剪切试验对路面层间结构及材料抗剪性能予以评定。
[0028]5、按照本发明加载方式，配套设置环境箱，并控制环境箱中的温度，可以实现竖向荷载、平行于路面荷载以及温度的三者耦合，这一结构设置充分满足了路面的使用环境，使得剪切试验对路面层间结构与材料能进行精确评定，为工程实践提供更为准确的数据。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1为本发明结构示意图；
[0030]图2为本发明测试状态示意图；
[0031]图3a为本发明中剪切模具主视示意图；
[0032]图3b为本发明中剪切模具侧视示意图；
[0033]图4a为本发明中下部固定模盒主视示意图；
[0034]图4b为本发明中下部固定模盒俯视示意图；
[0035]图5为本发明中上部剪切模套主视示意图；
[0036]图6为本发明中下段圆柱夹具主视示意图；
[0037]图7a为本发明中上段圆柱夹具主视示意图；
[0038]图7b为本发明中上段圆柱夹具俯视示意图；
[0039]图8a为路面结构示意图；
[0040]图8b和图8c为不同的剪切层的剪切模具示意图；
[0041]图9为汽车轮在斜坡上行驶力学原理图；
[0042]图中标号:1下部固定模盒，Ila为“L”形侧板，Ilb托板，Ilc侧部挡边，12a下段圆柱夹具，12b圆柱形凹台，12c上段圆柱夹具，2上部剪切模套；3支撑平台，3a角度刻度，4拉杆，5竖向加载轮，6竖向加载杆，7升降台，7a刻度标记，8支撑杆，9斜撑杆，10封闭箱体，11拉杆控制箱，12温控箱，13竖向加载控制模块，14电加热器。
【具体实施方式】
[0043]本实施例中路面结构层间剪切强度测试仪的结构设置为:
[0044]如图1和图2所示，设置剪切模具是由分体设置的下部固定模盒I和上部剪切模套2构成，被测试件固定放置在下部固定模盒I中，被测试件的剪切面与下部固定模盒的顶面平齐，上部剪切模套固套在被测试件的剪切层上，上部剪切模套的底面与被测试件的剪切面平齐；下部固定模盒I在支撑平台3上的固定倾角可以调节，以使被测试件的上表面按设定为呈水平，或为与水平面呈夹角A ;设置拉杆4，以拉杆4在上部剪切模套2的一侧提供拉力实施剪切，拉杆4的轴线与被测试件的上表面平行，拉杆4的拉伸速率和拉力可以调节为设定值；设置竖向加载轮5，可自由转动的竖向加载轮5设置在竖向加载杆6的底端，在竖向加载杆6上设置有位移传感器，竖向加载轮5利用竖向加载杆6给定的竖向压力抵于被测试件的上表面。
[0045]具体实施中，相应的结构设置也包括:
[0046]如图1和图2所示，设置升降台7，拉杆4是以拉杆尾部铰接在升降台7上，由升降台7调节拉杆尾部的高低，拉杆前端固定连接在上部剪切模套2的侧部。
[0047]如图3a和图3b所示，设置下部固定模盒1的支撑结构为:下部固定模盒1通过支撑杆8支立在支撑平台3上，支撑杆8的底端与支撑平台3铰接，支撑杆8的顶端固定连接在下部固定模盒1的底部；在下部固定模盒1的底部、处在与支撑杆8不同位置上铰接有长度可调的斜撑杆9，斜撑杆9的底端铰接在支撑平台3上，按设定调节斜撑杆9的长度，以使被测试件的上表面处于水平，或处于与水平面呈夹角A。
[0048]如图4a和图4b所示，对于以横断面为矩形的复合车辙板为被测试件，设置下部固定模盒1的结构形式为:一对“L”形侧板11a相对放置并在两端对接形成一矩形框，矩形框放置在一托板lib上，托板lib在左右两侧形成有侧部挡边11c，以侧部挡边11c对矩形框在左右两侧形成限位，以托板lib作为下部固定模盒1的底板，支撑杆8和斜撑杆9是与托板lib相连接；被测试件定位在由矩形框和托板lib构成的下部固定模盒1中；如图5所示，配套设置的上部剪切模套2为可以固套在被测试件剪切层上的矩形框。
[0049]如图4b和图6所示，对于以横断面为圆形的钻芯为被测试件，设置下部固定模盒1具有下段圆柱夹具12a，下段圆柱夹具12a置于托板lib上，在托板lib的顶面中心位置处设置为圆柱形凹台12b,下段圆柱夹具12a定位在圆柱形凹台12b中，以托板lib作为下部固定模盒1的底板，支撑杆8和斜撑杆9是与托板lib相连接；被测试件定位在由下段圆柱夹具12a和托板lib构成的下部固定模盒1中；如图7a和图7b所示，配套设置的上部剪切模套2为可以固套在被测试件剪切层上的上段圆柱夹具12c ；
[0050]如图1所示，为了实现温度调节，设置封闭箱体10，剪切模具和竖向加载轮5置于封闭箱体10中。
[0051]在图8a所示的路面结构中，自顶面至底面依次各层分别为:路面上面层1A，一般厚度为40mm ;路面中面层1B，一般厚度为60mm ;路面下面层1C，一般厚度为80mm左右；路面上基层2A，一般厚度为360mm ;路面下基层2B，一般为200mm。
[0052]图8b中所示剪切模具中的上段圆柱夹具和下段圆柱夹具的高度分配是按以路面上面层1A为剪切层面进行设置；图8c中所示剪切模具中的上段圆柱夹具和下段圆柱夹具的高度分配是按在路面下面层1C与路面上基层2A之间形成剪切层面进行设置。
[0053]此外，如图1和图2所示，为了准确调整被测试件的表面倾斜角度，即模拟路面坡度，可以在支撑平台3上标记角度刻度3a，并在支撑杆8的底部对应设置角度指针，用于表征路面坡度；同时，将这一路面坡度一一对应地标定在升降台7的顶部和拉杆尾部，具体是在升降台7的顶部设置刻度标记7a，在拉杆尾部设置刻度指针；配套设置还可以包括各控制单元，如图1中所示的拉杆控制箱11、温控箱12和竖向加载杆控制模块13，以完成自动加载和测试过程。
[0054]配合调整支撑杆8斜撑杆9可以获得设定的路面倾角α，如图2和图9所示，该角度可通过角度刻度直接读出。
[0055]竖向加载控制模块13通过竖向加载杆6调整竖向加载轮5的加载位置,使竖向加载轮5与被测试件的上表面相接接触；调整升降台7使拉杆4与被测试件的上表面保持为平行。
[0056]在温控箱12中设置制冷系统，通过设置在封闭箱体10中的电加热器14，或通过设置在温控箱12中的制冷系统使封闭箱体10中达到设定的温度，可以使被测试件中设定的温度环境中进行测试。
[0057]路面结构层间剪切强度的测试是利用竖向加载轮实施竖向加载，利用拉杆和剪切模具对被测试件实施剪切，记录相关测试数据，包括:竖向荷载P、面层拉伸速率V、拉伸最大力值F和最大位移值S、路面层间剪切面积A、试验箱测试温度T等。
[0058]对于不同剪切试件形状、竖向荷载、测试温度、拉伸速率条件下，路面结构层间剪切强度τ，采用下式予以计算:τ = F/A。
[0059]基本参数设置:
[0060]封闭箱体尺寸长500mm、宽500mm、高1 200mm ；
[0061]封闭箱体中的温度设置:-20°C?60°C，精度为±1°C ;
[0062]被测试件的表面倾斜角度:0?60° ;
[0063]拉杆:加载力:0?50KN,精度±0.1KN,加载速率:10mm/min?50mm/min,精度+ 1.0mm/mi η ；
[0064]竖向加载轮:升降:0-500mm，竖向压力:0?50KN，精度±0.1KN。
【权利要求】
1.一种路面结构层间剪切强度测试仪，其特征是: 设置剪切模具是由分体设置的下部固定模盒(I)和上部剪切模套(2)构成，被测试件固定放置在所述下部固定模盒(I)中，所述被测试件的剪切面与下部固定模盒(I)的顶面平齐，所述上部剪切模套(2)固套在被测试件的剪切层上，上部剪切模套(2)的底面与被测试件的剪切面平齐； 所述下部固定模盒(I)在支撑平台(3)上的固定倾角可以调节，以使所述被测试件的上表面按设定为呈水平，或为与水平面呈夹角A ； 设置拉杆(4)，以所述拉杆(4)在所述上部剪切模套(2)的一侧提供拉力实施剪切，所述拉杆(4)的轴线与所述被测试件的上表面平行，所述拉杆(4)的拉伸速率和拉力可以调节为设定值； 设置竖向加载轮(5)，可自由转动的竖向加载轮(5)设置在竖向加载杆(6)的底端，在所述竖向加载杆(6)上设置有位移传感器，所述竖向加载轮(5)利用竖向加载杆(6)给定的竖向压力抵于被测试件的上表面。
2.根据权利要求1所述的路面结构层间剪切强度测试仪，其特征是:设置一升降台(7)，所述拉杆(4)是以拉杆尾部铰接在所述升降台(7)上，由所述升降台(7)调节拉杆尾部的高低，拉杆前端固定连接在所述上部剪切模套(2)的侧部。
3.根据权利要求1所述的路面结构层间剪切强度测试仪，其特征是: 设置所述下部固定模盒(I)的支撑结构为:所述下部固定模盒(I)通过支撑杆(8)支立在支撑平台(3)上，所述支撑杆(8)的底端与所述支撑平台铰接，支撑杆(8)的顶端固定连接在下部固定模盒(I)的底部；在所述下部固定模盒(I)的底部、处在与所述支撑杆(8)的不同位置上铰接有长度可调的斜撑杆(9)，所述斜撑杆(9)的底端铰接在所述支撑平台(3)上，按设定调节所述斜撑杆(9)的长度，以使所述被测试件的上表面处于水平，或处于与水平面呈夹角A。
4.根据权利要求3所述的路面结构层间剪切强度测试仪，其特征是: 以横断面为矩形的复合车辙板为被测试件，设置所述下部固定模盒(I)的结构形式为:一对“L”形侧板(Ila)相对放置并在两端对接形成一矩形框，所述矩形框放置在一托板(Ilb)上，所述托板(Ilb)在左右两侧形成有侧部挡边(11c)，以所述侧部挡边(Ilc)对所述矩形框在左右两侧形成限位，以所述托板(Ilb)作为下部固定模盒(I)的底板，所述支撑杆(8)和斜撑杆(9)是与所述托板(Ilb)相连接；被测试件定位在由所述矩形框和托板构成的下部固定模盒(I)中，配套设置的上部剪切模套(2)为可以固套在所述被测试件剪切层上的矩形框。
5.根据权利要求3所述的路面结构层间剪切强度测试仪，其特征是: 以横断面为圆形的钻芯为被测试件，设置所述下部固定模盒(I)为下段圆柱夹具(12a)，所述下段圆柱夹具(12a)置于一托板(Ilb)上，所述托板(Ilb)在其顶面中心位置处设置为圆柱形凹台(12b)，所述下段圆柱夹具(12a)定位在所述圆柱形凹台(12b)中，以所述托板(Ilb)作为下部固定模盒的底板，所述支撑杆(8)和斜撑杆(9)是与所述托板(Ilb)相连接；被测试件定位在由所述下段圆柱夹具和托板构成的下部固定模盒(I)中，配套设置的上部剪切模套(2)为可以固套在所述被测试件剪切层上的上段圆柱夹具(12c)。
6.根据权利要求1所述的路面结构层间剪切强度测试仪，其特征是:设置温度可控的封闭箱体(10)，所述剪切模具和竖向加载轮置于所述封闭箱体(10)中。
【文档编号】G01N3/24GK104237028SQ201410522400
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月30日 优先权日:2014年9月30日
【发明者】刘凯, 王芳, 孙志彬, 朱万仓, 金灿, 谢泓州 申请人:合肥工业大学