一种沥青混合料约束试件车辙试验装置及方法与流程

本发明涉及一种车辙试验装置及方法，具体涉及一种沥青混合料约束试件车辙试验装置及方法。

背景技术：

近年来，随着国家对公路建设投资力度的加大，我国的公路工程建设十分迅速。但是由于我国公路建设起步较晚，经验和技术储备不足，特别是我国气候条件复杂，交通荷载严峻以及车辆重载、超载现象经常发生，使得相当一部分公路在使用很短时间内便发生破坏，根本无法实现路面的长期使用。其中，路面车辙是诸多路面损坏中最为常见的损坏形式，严重影响了公路的预期设想，也造成了巨大的经济损失。

车辙的类型主要有：结构性车辙、流动性车辙、磨损性车辙和压实不足引起的车辙。实践证明，同样规格的沥青混凝土所铺筑的不同等级的沥青路面，车辆荷载作用时路面内部结构受力不同，所形成的车辙深度也不同。现有的针对路面车辙的研究方法，一般为实际测量路面车辙深度的大小，常用的方法有：直尺测量法、水准测量法、表面高程计、激光断面仪、超声波测距仪等。对于传统的车辙测量方法来说，其原理简单操作简单但是工作量较大，尤其是对于高速公路沥青路而车辙的测量，操作起来不便，同时对交通有一定的影响。而现在发展较快的激光和超声波检测则要方便快捷得多。如今的自动检测技术在数据处理方而有待于技术进一步更新发展。对于今后检测更多的是倾向于全自动化，数据处理方而也将更加准确化。

无论是传统的测量方法还是如今的自动检测技术，均是单纯地测量某一路面车辙深度值的大小，但均不能揭示待测试件的受力约束状况与车辙深度的关系，同时不能测量实际道路工程中沥青路面达到极限车辙深度时经受标准荷载的当量轴次。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种沥青混合料约束试件车辙试验装置及方法，该装置及方法能够揭示待测试件的受力约束状况与车辙深度的关系，并且能够测量出实际道路工程中沥青路面达到极限车辙深度时经受标准荷载的当量轴次。

为达到上述目的，本发明所述的沥青混合料约束试件车辙试验装置包括环境箱、位于环境箱内的外壳以及位于外壳内的控制器、液压控制箱、动力箱、支撑板、轮胎、小车、连杆、底座、四个第一橡胶垫、四个第二橡胶垫、侧面金属板壁、用于检测轮胎与待测试件之间的作用力的压力传感器及用于检测轮胎竖向位移的位移传感器；

液压控制箱固定于外壳的顶部，动力箱位于外壳的底部，支撑板的两端分别固定于外壳的侧壁上，小车位于支撑板上，底座固定于小车上，支撑板上开设有槽孔，其中，连杆的下端与动力箱相连接，连杆的上端穿过槽孔与小车的底部相连接，底座上表面的中部设有长方形凸台，四个第一橡胶垫分别正对长方形凸台的四个侧面，第一橡胶垫的侧面与长方形凸台的侧面相接触，长方形凸台的上表面与四个第一橡胶垫的上表面齐平，待测试件位于长方形凸台及四个第一橡胶垫上，待测试件的上表面设有四个第二橡胶垫，一个第二橡胶垫正对一个第一橡胶垫，侧面金属板壁下端的侧面与底座的侧面相连接，侧面金属板壁的上端向内弯曲并与第二橡胶垫的上表面相连接，侧面金属板壁侧面的中部与待测试件的端面相连接，液压控制箱的输出轴通过液压伸缩杆与轮胎相连接，轮胎位于待测试件上；

控制器与动力箱的控制端、液压控制箱的控制端、环境箱的控制端、压力传感器的输出端及位移传感器的输出端相连接。

侧面金属板壁下端的侧面与底座的侧面通过底座紧固螺丝相连接。

小车包括平板以及位于平板底部的车轮，其中，车轮位于支撑板上，底座固定于平板上，连杆的上端与平板相连接。

控制器包括控制面板、显示屏及与外界电源相连接的电源线，其中，控制面板与显示屏、动力箱的控制端、液压控制箱的控制端、环境箱的控制端、压力传感器的输出端及位移传感器的输出端相连接。

侧面金属板壁的上端向内弯曲并通过纵向紧固螺丝与第二橡胶垫的上表面相连接。

侧面金属板壁侧面的中部与待测试件的端面通过粘合剂相连接。

底座通过底部螺丝固定于平板上。

本发明所述的沥青混合料约束试件车辙试验方法包括以下步骤：

将沥青混合料试件分割为三个试件，将第一个试件作为待测试件安装于沥青混合料约束试件车辙试验装置中，控制器控制液压控制箱通过液压伸缩杆使轮胎对第一个试件施加作用力，控制器控制动力箱驱动小车带动第一个试件，使轮胎在第一个试件上做往复碾压运动，完成第一个试件的车辙试验，得全部约束工况下待测试件上车辙的深度d1；

将第一个试件更换为第二个试件，再拆除左右两侧的第二橡胶垫及侧面金属板壁，控制器控制液压控制箱通过液压伸缩杆使轮胎对第二个试件施加作用力，控制器控制动力箱驱动小车带动第二个试件，使轮胎在第二个试件上做往复碾压运动，完成第二个试件的车辙试验，得局部约束工况下待测试件上车辙的深度d2；

将第二试件更换为第三试件，再拆除所有的第二橡胶垫及所有的侧面金属板壁，控制器控制液压控制箱通过液压伸缩杆使轮胎对第三试件施加作用力，控制器控制动力箱驱动小车带动第三试件，使轮胎在第三试件上做往复碾压运动，完成第三试件的车辙试验，得无约束工况下待测试件上车辙的深度d3；

计算全约束工况下待测试件的自由系数α1，其中，计算局部约束工况下待测试件的自由系数α2，其中，

本发明所述的沥青混合料约束试件车辙试验方法包括以下步骤：

控制器控制液压控制箱通过液压伸缩杆使轮胎对待测试件施加作用力pi，控制器控制动力箱驱动小车带动待测试件运动，使轮胎在待测试件上做连续往复碾压运动，直至待测试件上车辙的深度等于预设极限车辙深度为止，得实际道路工程中沥青路面达到极限车辙深度时经受标准荷载的当量轴次n，其中，其中，p为标准轴载，n为待测试件达到极限车辙深度之前轮胎对待测试件的碾压次数。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的沥青混合料约束试件车辙试验装置及方法在具体操作时，将沥青混合料试件分割为三个试件，再检测得到全约束工况下待测试件上车辙的深度d1；拆除左右两侧的第二橡胶垫及侧面金属板壁，再检测得到局部约束工况下待测试件上车辙的深度d2；拆除全部的第二橡胶垫及全部的侧面金属板壁，再检测得到无约束工况下待测试件上车辙的深度d3，然后计算全约束工况下待测试件的自由系数α1及局部约束工况下待测试件的自由系数α2，从而揭示待测试件的受力约束状况与车辙深度的关系，操作方便，简单。同时，本发明在具体操作时，通过轮胎对待测试件施加作用力pi，再使轮胎在待测试件上做连续往复碾压运动，直至待测试件上车辙的深度等于预设极限车辙深度为止，得到实际道路工程中沥青路面达到极限车辙深度时经受标准荷载的当量轴次n，操作简单、方便，测试结果较为准确。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中控制器17的结构示意图；

图3为本发明中底座13与待测试件12的位置关系图；

图4为本发明中待测试件12与第二橡胶垫11的位置关系图；

图5为本发明中小车的结构示意图。

其中，1为环境箱、2为外壳、3为液压控制箱、4为液压伸缩杆、5为轮胎、6为纵向紧固螺丝、7为支撑板、8为连杆、9为动力箱、10为数据线、11为第二橡胶垫、12为待测试件、13为底座、14为平板、15为车轮、16为控制面板、17为控制器、18为显示屏、19为槽孔、20为侧面金属板壁、21为底座紧固螺丝。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参考图1、图2、图3、图4及图5，本发明所述的沥青混合料约束试件车辙试验装置包括环境箱1、位于环境箱1内的外壳2以及位于外壳2内的控制器17、液压控制箱3、动力箱9、支撑板7、轮胎5、小车、连杆8、底座13、四个第一橡胶垫、四个第二橡胶垫11、侧面金属板壁20、用于检测轮胎5与待测试件12之间的作用力的压力传感器及用于检测轮胎5竖向位移的位移传感器；液压控制箱3固定于外壳2的顶部，动力箱9位于外壳2的底部，支撑板7的两端分别固定于外壳2的侧壁上，小车位于支撑板7上，底座13固定于小车上，支撑板7上开设有槽孔19，其中，连杆8的下端与动力箱9相连接，连杆8的上端穿过槽孔19与小车的底部相连接，底座13上表面的中部设有长方形凸台，四个第一橡胶垫分别正对长方形凸台的四个侧面，第一橡胶垫的侧面与长方形凸台的侧面相接触，长方形凸台的上表面与四个第一橡胶垫的上表面齐平，待测试件12位于长方形凸台及四个第一橡胶垫上，待测试件12的上表面设有四个第二橡胶垫11，一个第二橡胶垫11正对一个第一橡胶垫，侧面金属板壁20下端的侧面与底座13的侧面相连接，侧面金属板壁20的上端向内弯曲并与第二橡胶垫11的上表面相连接，侧面金属板壁20侧面的中部与待测试件12的端面相连接，液压控制箱3的输出轴通过液压伸缩杆4与轮胎5相连接，轮胎5位于待测试件12上；控制器17与动力箱9的控制端、液压控制箱3的控制端、环境箱1的控制端、压力传感器的输出端及位移传感器的输出端相连接。

侧面金属板壁20下端的侧面与底座13的侧面通过底座紧固螺丝21相连接；小车包括平板14以及位于平板14底部的车轮15，其中，车轮15位于支撑板7上，底座13固定于平板14上，连杆8的上端与平板14相连接；控制器17包括控制面板16、显示屏18及与外界电源相连接的电源线，其中，控制面板16与显示屏18、动力箱9的控制端、液压控制箱3的控制端、环境箱1的控制端、压力传感器的输出端及位移传感器的输出端相连接；侧面金属板壁20的上端向内弯曲并通过纵向紧固螺丝6与第二橡胶垫11的上表面相连接；侧面金属板壁20侧面的中部与待测试件12的端面通过粘合剂相连接；底座13通过底部螺丝固定于平板14上。

控制器17通过数据线10与动力箱9的控制端、液压控制箱3的控制端、环境箱1的控制端、压力传感器的输出端及位移传感器的输出端相连接。

待测试件12的车辙试验的具体操作为：

先在控制器17上设置轮胎5施加在待测试件12的作用力，并设置碾压次数n，控制器17控制液压控制箱3通过液压伸缩杆4及轮胎5对待测试件12施加作用力，然后动力箱9通过连杆8带动小车运行，从而实现轮胎5对待测试件12的碾压，通过压力传感器实时检测轮胎5对待测试件12的作用力，并将轮胎5对待测试件12的作用力转发至控制器17，控制器17通过显示屏18显示轮胎5对待测试件12的作用力曲线，当轮胎5对待测试件12的碾压次数达到设定次数时，动力箱9停止工作，然后测量待测试件12表面的车辙深度。

在实际道路工程中，道路等级的不同，路面也相应形成不同程度的车辙，多车道的高速公路，其路面车辙一般较少，不仅与设计水平高和用料质量好有关，还因为在车辆行驶过程中其余车道为受力车道提供了横向力的支撑效果，这样直接受力的车道在荷载反复碾压下的横向位移就将减小，进而最终形成的车辙深度就较小；对于低等级公路，车道数目较少，路面各个板块之间的相互支撑不足，于是在车辆荷载的反复作用下路面更容易出现大规模车辙。本发明的目的在于研究待测试件12在不同的力的约束条件下所形成的车辙深度的不同，并探究车辙深度与约束条件之间的关系。

本发明所述的沥青混合料约束试件车辙试验方法包括以下步骤：

将沥青混合料试件分割为三个试件，将第一个试件作为待测试件12安装于沥青混合料约束试件车辙试验装置中，控制器17控制液压控制箱3通过液压伸缩杆4使轮胎5对第一个试件施加作用力，控制器17控制动力箱9驱动小车带动第一个试件，使轮胎5在第一个试件上做往复碾压运动，完成第一个试件的车辙试验，得全部约束工况下待测试件12上车辙的深度d1；

将第一个试件更换为第二个试件，再拆除左右两侧的第二橡胶垫11及侧面金属板壁20，控制器17控制液压控制箱3通过液压伸缩杆4使轮胎5对第二个试件施加作用力，控制器17控制动力箱9驱动小车带动第二个试件，使轮胎5在第二个试件上做往复碾压运动，完成第二个试件的车辙试验，得局部约束工况下待测试件12上车辙的深度d2；

将第二试件更换为第三试件，再拆除所有的第二橡胶垫11及所有的侧面金属板壁20，控制器17控制液压控制箱3通过液压伸缩杆4使轮胎5对第三试件施加作用力，控制器17控制动力箱9驱动小车带动第三试件，使轮胎5在第三试件上做往复碾压运动，完成第三试件的车辙试验，得无约束工况下待测试件12上车辙的深度d3；

计算全约束工况下待测试件12的自由系数α1，其中，计算局部约束工况下待测试件12的自由系数α2，其中，

本发明所述的沥青混合料约束试件车辙试验方法包括以下步骤：

控制器17控制液压控制箱3通过液压伸缩杆4使轮胎5对待测试件12施加作用力pi，控制器17控制动力箱9驱动小车带动待测试件12运动，使轮胎5在待测试件12上做连续往复碾压运动，直至待测试件12上车辙的深度等于预设极限车辙深度为止，得实际道路工程中沥青路面达到极限车辙深度时经受标准荷载的当量轴次n，其中，其中，p为标准轴载，n为待测试件12达到极限车辙深度之前轮胎5对待测试件12的碾压次数。