一种沥青混合料双向拉压等比例加载强度实验装置

1.本发明涉及沥青混合料相关技术领域，具体为一种沥青混合料双向拉压等比例加载强度实验装置。


背景技术：

2.我国大多数的高等级公路都是采用沥青路面。沥青路面是长期暴露在外界环境中且经受车轮荷载的反复作用，长期处于复杂应力状态，路面的结构强度也会随着荷载反复作用次数的增多而下降。由于沥青路面在车轮荷载作用下，路表呈现出双向拉-压同时作用的应力状态。在现有的沥青混合料强度试验方法中，劈裂强度试验的沥青混合料试件处于二维应力状态。但是，传统的劈裂强度试验存在如下不足：一是施加压力的夹具边缘肯定会首先开裂，这与劈裂强度计算公式的假定不符(其假定试件圆心处先开裂)；二是沥青混合料试件圆心处受到的双向应力比值固定，无法反映路表实际多变的双向应力比值情况。
3.专利一公开(公告)号：cn201110404400.5，申请(专利权)人：华南理工大学。本专利的摘要内容为：本发明提供了道路材料圆柱体试件双向交替劈裂试验的夹具与试验方法，该夹具包括结构相同并且具有间隔的前端面单元和后端面单元，以及两端面单元之间的连接件；所述前端面单元和后端面单元均包括上翼板、下翼板、八块连接板；连接件包括上压条、下压条、侧压条、顶板和底板。将夹具固定之后，再与加载装置相连接；然后将圆柱体试件置于夹具中，使试件两端各空出相等的距离；在夹具顶板的铅垂方向循环施加压缩与拉伸荷载，试件产生拉伸与压缩变形，由此得到拉-压交替的双向劈裂疲劳试验结果。该夹具实现了试件的铅垂和水平方向的交替压缩-拉伸加载，得到该加载条件下路面材料的实际抗疲劳性能，并可用于研究材料内部裂纹的扩展与愈合规律。
4.对比文件中的专利是试件的铅垂和水平方向的交替压缩-拉伸加载(任意时刻，只有一个方向受到荷载)，且压拉应力比固定，属于一种疲劳试验设备，其不能做到使沥青混合料试件同时受到双向拉压荷载，而且，其无法保证试件圆心先开裂。对比文件没有公开本专利的技术方案，不能破坏本专利的新颖性，同时以上对比文件的组合也不能破坏本专利的创造性。


技术实现要素：

5.本发明的目的是针对以上问题，提供一种沥青混合料双向拉压等比例加载强度实验装置，设计巧妙，对沥青混合料试件可以同时拉压，竖向施力通过联动件使得横向受拉，即同时受到两个不同方向的荷载，竖向受压，横向受拉；并通过改变联动件的尺寸，使得横向拉力发生改变，从而达到改变压拉应力比的效果。
6.为实现以上目的，本发明采用的技术方案是：它包括底板，底板上设置有凹槽，凹槽内设置有沥青混合料试制件，凹槽的下端设置有升降装置；沥青混合料试制件的上方设置有上盖板，上盖板的下方两侧设置有用于对沥青混合料试制件施压时，上盖板的下移在联动件的作用下在拉杆上从而产生对沥青混合料试制件横向拉；拉杆的设置在滑轨上，上
盖板上穿插有第二支撑杆，上盖板的上端中部设置有下压施力部。
7.进一步的，联动件设置为分别与上盖板和拉杆铰接连接的连接杆。
8.进一步的，拉杆的一端通过连接块与沥青混合料试制件连接，拉杆的另一端设置有限位块。
9.进一步的，联动件包括第一齿条，第一齿条与第一齿轮啮合连接，第一齿轮的侧端与第二齿轮啮合连接，第二齿轮的下端与第三齿轮啮合连接，第三齿轮的下端与第二齿条啮合连接。
10.进一步的，第一齿条的上端设置在上盖板的下端两侧；第二齿轮、第三齿轮和第一齿轮分别通过第一竖杆、第二竖杆和连接轴设置在底板上；第二齿条设置在拉杆的凹槽内。
11.进一步的，上盖板的两端设置有防止与第一齿轮干涉的切口。
12.进一步的，沥青混合料试制件为四边各切一刀的圆柱，沥青混合料试制件的两侧与连接块为粘贴连接。
13.进一步的，拉杆由第一拉杆主体和第二拉杆主体组成，第一拉杆主体和第二拉杆主体的一端分别设置螺套内。
14.进一步的，滑轨的下端设置有第一支撑杆，第一支撑杆的下端设置在底板上。
15.本发明的有益效果：
16.1、本发明提供一种沥青混合料双向拉压等比例加载强度实验装置，设计巧妙，对沥青混合料试件可以同时拉压，竖向施力通过联动件使得横向受拉，即同时受到两个不同方向的荷载，竖向受压，横向受拉；并通过改变联动件的尺寸，使得横向拉力发生改变，从而达到改变压拉应力比的效果。
17.2、本发明中沥青混合料试制件横向所受拉力源于试件竖向所受压力 (通过联动件改变方向和大小)，实现了双向荷载等比例加载；同时拉压且压拉应力比可调，模拟了真实的车轮碾压道路受力的场景。
18.3、本发明中通过对沥青混合料试件进行切割，获得4个用于直接承受荷载的平面，从而达到了保证试件的圆心处首先开裂的效果。
附图说明
19.图1为本发明结构中联动件为连接杆时的正视图。
20.图2为本发明结构中联动件为连接杆时的俯视图。
21.图3为本发明结构中联动件为齿轮齿条时的正视图。
22.图4为本发明结构中联动件为齿轮齿条时的俯视图。
23.图5为联动件为齿轮齿条时上盖板的示意图。
24.图6为本发明结构中拉杆与螺套连接示意图。
25.图7为本发明结构中沥青混合料试制件切后的示意图。
26.图中所述文字标注表示为：1、底板；2、第一支撑杆；3、限位块；4、拉杆；5、滑轨；6、第三齿轮；7、第二齿轮；8、第一齿轮；9、第二支撑杆；10、上盖板；11、第一齿条；12、沥青混合料试制件；13、连接块； 14、螺套；15、第二齿条；16、第一竖杆；17、连接杆；18、第二坚杆； 101、凹槽；401、第一拉杆主体；402、第二拉杆主体；1001、切口。
具体实施方式
27.为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
28.如图1-图7所示，本发明的具体结构为：它包括底板1，底板1上设置有凹槽101，凹槽101内设置有沥青混合料试制件12，凹槽101的下端设置有升降装置；沥青混合料试制件12的上方设置有上盖板10，上盖板 10的下方两侧设置有用于对沥青混合料试制件12施压时，上盖板10的下移在联动件的作用下在拉杆4上从而产生对沥青混合料试制件12实现了双向荷载等比例加载的横向拉力；拉杆4的设置在滑轨5上，上盖板10上穿插有第二支撑杆9，上盖板10的上端中部设置有下压施力部。下压施力部为mts加压机。
29.工作原理：首先在外面将两侧拉杆4与沥青混合料试制件12固定后再装到本实验装置的底板1上的凹槽101；对上盖板10的中部施加压力时，上盖板10的下移在联动件的作用下在拉杆4上从而产生对沥青混合料试制件12横向拉；拉杆4在滑轨5上滑动，从而可以检测出沥青混合料试制件 12受压和受拉的压力比值。
30.如图3-图4所示，联动件包括第一齿条11，第一齿条11与第一齿轮8 啮合连接，第一齿轮8的侧端与第二齿轮7啮合连接，第二齿轮7的下端与第三齿轮6啮合连接，第三齿轮6的下端与第二齿条15啮合连接。第一齿条11的上端设置在上盖板10的下端两侧；第二齿轮7、第三齿轮6和第一齿轮8分别通过第一竖杆16第二竖杆18和连接轴设置在底板1上；第二齿条15设置在拉杆4的凹槽内。上盖板10的两端设置有防止与第一齿轮8干涉的切口1001。
31.如图1-图2所示，联动件设置为分别与上盖板10和拉杆4铰接连接的连接杆17。
32.下表1为竖向压力和横向拉力不同组合下，沥青混合料试件圆心处所受到的压拉应力比值(为便于表述，后文均指该比值的绝对值)：
33.表1
34.压力：拉力1:11:0.751:0.51:0.251：0.125圆心处压拉应力比1:11.2：11.52:12.33:12.73：1
35.当前述形状的沥青混合料试件(直径100mm，厚度35mm)仅竖向(y方向)受压(大小为f)时，通过有限元计算，得到试件圆心处产生的压应力：拉应力＝4.7；假定其横向(x方向)拉应力为σ，则其y方向压应力为-4.7 σ。
36.当上述试件仅x方向受到拉力(大小为f)作用时，按照弹性力学简单分析，其横向(x方向)拉应力为4.7σ，则其y方向压应力为-σ。
37.当试件同时受到竖向压力和横向拉力时，如果两向荷载大小相等，按照弹性力学的叠加原理，可以得到试件圆心处产生的压应力：拉应力＝5.7 σ：5.7σ＝1
38.同上理，当试件竖向受到的压力：横向受到的拉力的比值为k时，按照弹性力学的叠加原理，可以得到试件圆心处产生的压应力：拉应力＝ (4.7+k)σ：(1+4.7k)σ＝(4.7+k)/(1+4.7k)
39.本发明通过联动件来获得不同的k值，当使用齿轮作为联动件时，例如，第一齿轮8的半径：第二齿轮7的半径：第三齿轮6的半径为1：1：1时， k值为1；当使用连杆作为联动件时，例如，连接杆17的角度为30
°
时，k 值为0.5。
40.如图1和图3所示，拉杆4的一端通过连接块13与沥青混合料试制件 12连接，拉杆4
的另一端设置有限位块3。沥青混合料试制件12与连接块 13为粘贴连接。
41.如图5所示，拉杆4由第一拉杆主体401和第二拉杆主体402组成，第一拉杆主体401和第二拉杆主体402的一端分别设置螺套14内。具体使用时，首先在外面将两侧拉杆4与沥青混合料试制件12固定后再装到本实验装置上，所以为了将其与两侧拉杆连接，设计了一个螺套14进行连接。
42.如图1和图3所示，滑轨5的下端设置有第一支撑杆2，第一支撑杆2 的下端设置在底板1上。
43.其中凹槽101的下端设置有升降装置，这样的结构设计是由于试件制作无法保证精确到1mm，所以在底部设置了升降装置进行微调，以保证试件在整个装置中心，保证两侧拉力作用在试件中心处。
44.其中沥青混合料试制件12不是圆柱形，具体见图7，切时夹角α为60 度，是一个四边各切一刀的圆柱，厚35mm。
45.实施例1：
46.(1)试验对象：改性沥青ac-13混合料，其直径100mm、厚度35mm，并将其切割成如图7的形状。
47.(2)加载设备：液压伺服材料试验系统mts
48.(3)试验条件：温度15℃，竖向加载速率4kn/s，采用连杆联动件传动方式，连杆与水平面的夹角为30℃。
49.(4)试验现象：试件端面圆心处所粘贴应变片首先失效，此时加载夹具边缘都没有出现应力集中破坏。
50.(5)破坏荷载：13.47kn。
51.实施例2：
52.(1)试验对象：改性沥青ac-13混合料，其直径100mm、厚度35mm，并将其切割成如图7的形状。
53.(2)加载设备：液压伺服材料试验系统mts
54.(3)试验条件：温度15℃，竖向加载速率2kn/s，采用连杆联动件传动方式，连杆与水平面的夹角为30℃。
55.(4)试验现象：试件端面圆心处所粘贴应变片首先失效，此时加载夹具边缘都没有出现应力集中破坏。
56.(5)破坏荷载：12.65kn。
57.实施例3：
58.(1)试验对象：改性沥青ac-13混合料，其直径100mm、厚度35mm，并将其切割成如图7的形状。
59.(2)加载设备：液压伺服材料试验系统mts
60.(3)试验条件：温度15℃，竖向加载速率1kn/s，采用连杆联动件传动方式，连杆与水平面的夹角为45℃。
61.(4)试验现象：试件端面圆心处所粘贴应变片首先失效，此时加载夹具边缘都没有出现应力集中破坏。
62.(5)破坏荷载：9.83kn。
63.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
64.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。