CN112540011A - 一种沥青路面层间压剪耦合剪切设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种沥青路面层间压剪耦合剪切设备，其包括试样固定夹具、用于施加水平方向推力的压力加载***、竖直方向剪切力加载***以及改变试验环境温度的温控箱，四个部分互相配合，在不同温度、压力、剪切力条件下实现了对带有层间构造的沥青混合料试样进行“压剪”耦合加载，既可进行剪切强度试验，也可进行剪切疲劳试验，且稳定性好，精度高，试验结果离散性更小。

Description

一种沥青路面层间压剪耦合剪切设备

技术领域

本发明涉及测试剪切强度仪器的技术领域，特别是涉及一种沥青路面层间压剪耦合剪切设备。

背景技术

沥青路面是一种典型的层状结构体系，层与层之间结合的优劣是影响沥青路面使用寿命的重要因素之一。特别是大交通量路段、重载路段、长大纵坡路段、小转角半径路段、桥梁隧道的出入口以及加减速制动区域，路面结构层间会承受结构设计之外的剪切荷载，当荷载重复作用一定的次数后，容易引起路面结构层层间粘结失效，或者层间剪切疲劳破坏，严重时造成大量的车辙、推移、拥包、裂缝等路面病害，极大缩短沥青路面使用寿命。

国内外的学者通常采用室内试验研究沥青路面层间结合性能，其中做的最多的试验为层间剪切强度试验与层间剪切疲劳试验，意图通过沥青路面层间抗剪强度、剪切疲劳寿命来评估层间结合状态，并开发了很多的沥青路面层间剪切设备。根据剪切原理，设备主要分为三类，分别采用直剪、斜剪和扭剪的方式对沥青面层之间的抗剪强度进行检测评估，主要以直剪的方法为主。

但是实际的沥青路面在承受行车荷载时，沥青路面层间结构纪要承受车轮摩擦制动造成的水平剪切应力，又要承担车轮传递的竖向荷载，沥青层间的应力状态呈现为“压剪”耦合的复杂应力状态，现有技术中的纯直剪切设备用于沥青层间剪切试验时不能反映出真实的层间应力状态，测得出沥青层间的试验结果不能完全代表实际路用情况。

发明内容

针对现有技术中的上述问题，本发明提供了一种沥青路面层间压剪耦合剪切设备，解决了现有技术中直剪切设备对沥青路面层间剪切试验时不能反映出真实的层间应力状态，测得实验结果不准确的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

提供一种沥青路面层间压剪耦合剪切设备，其包括试样固定夹具、压力加载***和剪切力加载***；试样固定夹具包括底座，底座上表面设置有下部夹持件，下部夹持件的顶部设置有竖直移动的上部夹持件；上部夹持件和下部夹持件的夹持面与被测试样外壁适配；

压力加载***包括设置于底座长度方向两侧的前支撑板和后支撑板，前支撑板的端面上设有一个用于对被测试样端面施加水平推力的推力装置，后支撑板的端面上设置有与被测试样端面接触的压力传感器；

剪切力加载***包括设置于底座顶部的剪切块、动态伺服加载设备和用于检测被测试样层间相对位移变化的位移传感器，剪切块的剪切作用面与被测试样外壁适配；动态伺服加载设备包括与剪切块顶部连接的动态伺服加载传力杆，动态伺服加载传力杆带动剪切块在竖直方向上直线运动。

试样固定夹具用于将被测试样固定，压力加载***对被测试样施加一个水平方向的推力，剪切力加载***对被测试样试件竖直方向的剪切力，模拟实际沥青道路既要承受车轮摩擦制动造成的水平剪切应力，又要承担车轮传递的竖向荷载压力的情形，可以在不同剪切力、压力条件下实现了对带有层间构造的沥青混合料试样进行“压剪”耦合加载，既可进行剪切强度试验，也可进行剪切疲劳试验，且稳定性好，精度高，试验结果离散性更小。

进一步地，为了让被测试样的承受水平方向的压力均匀，压力传感器测得的信号准确，推力装置的作用点与压力传感器的检测点之间的连线与被测试样的中轴线重合。

进一步地，沥青路面层间压剪耦合剪切设备还包括温控箱，试样固定夹具、压力加载***和剪切力加载***均设置于温控箱内，温控箱上开设有供压力加载***和剪切力加载***的管线穿过的通道。温控箱用于控制和维持设备在试验过程中的环境温度，可以模拟在不同温度下，对被测试样进行“压剪”耦合加载试验，提高设备的适用范围。

进一步地，上部夹持件上表面设置有可拆卸连接的第一滑动梁，第一滑动梁两侧均设置有一根第一导柱，两根第一导柱的底端与底座上表面固定连接，第一滑动梁沿第一导柱长度方向滑动；第一滑动梁与上部夹持件的连接方式为可拆卸连接，在对不同规格的被测试样进行试验时，方便更换不同的上部夹持件以匹配不同的被测试样；第一导柱起到导向作用，使得上部夹持件在竖直方向上移动稳定，避免摇晃。

进一步地，剪切块上表面设置有可拆卸连接的第二滑动梁，第二滑动梁两侧均设置有一根第二导柱，两根第二导柱的底端与底座上表面固定连接，第二滑动梁沿第二导柱长度方向滑动，剪切块通过第二滑动梁与动态伺服加载传力杆连接。

进一步地，第一滑动梁与第二滑动梁之间的水平间隙为1～2cm。

进一步地，为了可以对不同形状的被测试样进行“压剪”耦合试验，上部夹持件、下部夹持件的夹持面和剪切块的剪切作用面设置为平面或者半圆柱曲面。

本发明的有益效果为：1、试样固定夹具、环境温控***、压力加载***、剪切力加载***的设置，在不同温度、压力、剪切力条件下实现了对带有层间构造的沥青混合料试样进行“压剪”耦合加载，既可进行剪切强度试验，也可进行剪切疲劳试验，且稳定性好，精度高，试验结果离散性更小。

2、上部夹持件、下部夹持件的夹持面和剪切块的剪切作用面设置为平面或者半圆柱曲面，待测试样的形状和尺寸不受限制。

3、更换配件操作简单，且制作不同形状尺寸的配件成本低廉。

附图说明

图1为一种沥青路面层间压剪耦合剪切设备的结构示意图。

图2为温控箱的内部结构示意图。

图3为位移传感器的安装位置结构示意图。

其中，1、底座；2、下部夹持件；3、第一导柱；4、第二导柱；5、前支撑板；6、推力装置；7、被测试样；8、剪切块；9、第二滑动梁；10、第一滑动梁；11、上部夹持件；12、压力传感器；13、后支撑板；14、位移传感器；15、温控箱；16、动态伺服加载控制端；17、推力装置控制端；18、压力传感器输出控制端；19、动态伺服加载传力杆。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1～3所示，本发明提供了一种沥青路面层间压剪耦合剪切设备，其包括温控箱15，温控箱15内设置有试样固定夹具、压力加载***和剪切力加载***，温控箱15上开设有供压力加载***和剪切力加载***的管线穿过的通道，温控箱15用于控制和维持设备在试验过程中的环境温度，可以模拟在不同温度下，对被测试样7进行“压剪”耦合加载试验，提高设备的适用范围。

试样固定夹具包括底座1，底座1上表面设置有下部夹持件2，下部夹持件2的顶部设置有竖直移动的上部夹持件11；上部夹持件11和下部夹持件2的夹持面与被测试样7外壁适配；上部夹持件11、下部夹持件2的夹持面可以设置为平面或者不同半径的半圆柱曲面，可以对不同形状的被测试样7进行夹紧固定；

上部夹持件11上表面设置有可拆卸连接的第一滑动梁10，第一滑动梁10两侧均设置有一根第一导柱3，两根第一导柱3的底端与底座1上表面固定连接，第一滑动梁10沿第一导柱3长度方向滑动；第一滑动梁10与上部夹持件11的连接方式为可拆卸连接，在对不同规格的被测试样7进行试验时，方便更换不同的上部夹持件11以匹配不同的被测试样7；第一导柱3起到导向作用，使得上部夹持件11在竖直方向上移动稳定，避免摇晃；试样固定夹具用于将被测试样7固定。

压力加载***包括设置于底座1长度方向两侧的前支撑板5和后支撑板13，前支撑板5的端面上设有一个用于对被测试样7端面施加水平推力的推力装置6，推力装置6可以选用油缸，推力装置6与位于控制箱外部的推力装置6控制端连接，用于控制推力装置6输出推力的大小；后支撑板13的端面上设置有与被测试样7端面接触的压力传感器12，推力装置6的作用点与压力传感器12的检测点之间的连线与被测试样7的中轴线重合，让被测试样7的承受水平方向的压力均匀，压力传感器12测得的信号准确，压力传感器12与位于温控箱15外部的压力传感器输出控制端18连接。

剪切力加载***包括设置于底座1顶部的剪切块8、动态伺服加载设备和用于检测被测试样7层间相对位移变化的位移传感器14，剪切块8上表面设置有可拆卸连接的第二滑动梁9，第二滑动梁9两侧均设置有一根第二导柱4，两根第二导柱4的底端与底座1上表面固定连接，第二滑动梁9沿第二导柱4长度方向滑动，剪切块8通过第二滑动梁9与动态伺服加载传力杆19连接，剪切块8的剪切作用面与被测试样7外壁适配，比如说剪切块8的剪切作用面可以设置为平面或者不同半径的半圆柱曲面，对横截面为矩形或者为圆形进行剪切，不受限制被测试样7的形状和尺寸的限制。

动态伺服加载设备包括与剪切块8顶部连接的动态伺服加载传力杆19和位于温控箱15外部的动态伺服加载控制端16，动态伺服加载传力杆19带动剪切块8在竖直方向上直线运动；动态伺服加载控制端16与动态伺服加载传力杆19连接，设置动态伺服加载设备的加载参数，提供恒定的剪切加载速度，参数设定完成后，开启剪切强度试验，待剪切力出现峰值后即可停止试验。计算出沥青层间的最大抗剪强度。

位移传感器14的型号为LVDT高精度位移传感器，实现对被测试样7的剪切疲劳加载和层间相对位移的高精度测量，位移传感器14与位于温控箱15外部的动态伺服加载控制端16连接。

试样固定夹具用于将被测试样7固定，压力加载***对被测试样7施加一个水平方向的推力，剪切力加载***对被测试样7试件竖直方向的剪切力，模拟实际沥青道路既要承受车轮摩擦制动造成的水平剪切应力，又要承担车轮传递的竖向荷载压力的情形，可以在不同剪切力、压力条件下实现了对带有层间构造的沥青混合料试样进行“压剪”耦合加载，既可进行剪切强度试验，也可进行剪切疲劳试验，且稳定性好，精度高，试验结果离散性更小。

Claims (7)

1.一种沥青路面层间压剪耦合剪切设备，其特征在于，包括试样固定夹具、压力加载***和剪切力加载***；

所述试样固定夹具包括底座(1)，所述底座(1)上表面设置有下部夹持件(2)，所述下部夹持件(2)的顶部设置有竖直移动的上部夹持件(11)；上部夹持件(11)和下部夹持件(2)的夹持面与被测试样(7)外壁适配；

所述压力加载***包括设置于底座(1)长度方向两侧的前支撑板(5)和后支撑板(13)，所述前支撑板(5)的端面上设有一个用于对被测试样(7)端面施加水平推力的推力装置(6)，所述后支撑板(13)的端面上设置有与被测试样(7)端面接触的压力传感器(12)；

所述剪切力加载***包括设置于底座(1)顶部的剪切块(8)、动态伺服加载设备和用于检测被测试样(7)层间相对位移变化的位移传感器(14)，所述剪切块(8)的剪切作用面与被测试样(7)外壁适配；所述动态伺服加载设备包括与剪切块(8)顶部连接的动态伺服加载传力杆(19)，所述动态伺服加载传力杆(19)带动剪切块(8)在竖直方向上直线运动。

2.根据权利要求1所述的沥青路面层间压剪耦合剪切设备，其特征在于，所述推力装置(6)的作用点与所述压力传感器(12)的检测点之间的连线与被测试样(7)的中轴线重合。

3.根据权利要求1所述的沥青路面层间压剪耦合剪切设备，其特征在于，还包括温控箱(15)，所述试样固定夹具、压力加载***和剪切力加载***均设置于所述温控箱(15)内，温控箱(15)上开设有供所述压力加载***和剪切力加载***的管线穿过的通道。

4.根据权利要求1所述的沥青路面层间压剪耦合剪切设备，其特征在于，所述上部夹持件(11)上表面设置有可拆卸连接的第一滑动梁(10)，所述第一滑动梁(10)两侧均设置有一根第一导柱(3)，两根所述第一导柱(3)的底端与所述底座(1)上表面固定连接，第一滑动梁(10)沿第一导柱(3)长度方向滑动。

5.根据权利要求4所述的沥青路面层间压剪耦合剪切设备，其特征在于，所述剪切块(8)上表面设置有可拆卸连接的第二滑动梁(9)，所述第二滑动梁(9)两侧均设置有一根第二导柱(4)，两根所述第二导柱(4)的底端与所述底座(1)上表面固定连接，第二滑动梁(9)沿第二导柱(4)长度方向滑动，剪切块(8)通过第二滑动梁(9)与所述动态伺服加载传力杆(19)连接。

6.根据权利要求5所述的沥青路面层间压剪耦合剪切设备，其特征在于，所述第一滑动梁(10)与所述第二滑动梁(9)之间的水平间隙为1～2cm。

7.根据权利要求1～6任一所述的沥青路面层间压剪耦合剪切设备，其特征在于，所述上部夹持件(11)、下部夹持件(2)的夹持面和剪切块(8)的剪切作用面设置为平面或者半圆柱曲面。

Images