CN1769859A

CN1769859A - 路面柔性材料剪切性能测试仪

Info

Publication number: CN1769859A
Application number: CN 200510042996
Authority: CN
Inventors: 马骉; 毛雪松; 侯仲杰; 莫石秀
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-07-27
Filing date: 2005-07-27
Publication date: 2006-05-10

Abstract

本发明涉及一种路面柔性材料剪切性能测试仪，目的是研制一种新型路面柔性材料剪切性能测试的仪器，提高实验精度。技术解决方案：包括控制、数据采集装置2、试件约束装置6、竖向行走装置4和水平行走装置5，试件3由左右对称、底面封住的两个半圆柱形试筒成型，试件3左半部分放置在能够竖向行走的平台1上，通过矩形固定压板和螺栓固定，成型试样3试筒右半部分放置在另一个平台1底板上，该平台1底板与能够竖向行走的平台1上面处于同一水平面，试件3上面用半圆形压板和螺栓固定。优点：模拟实际行车荷载作用下路面柔性材料剪切变形过程；试件采用整体振动成型；剪切速度可调。

Description

路面柔性材料剪切性能测试仪

一、技术领域：

本发明涉及对路面材料进行恒围压竖向剪切试验的专用设备，利用控制箱自动控制水平施加于材料试件的围压，测定并自动采集竖向施加于试件的荷载与剪切位移，可以用来评价路面柔性材料的抗剪切变形能力；专指一种路面柔性材料剪切性能测试的仪器。

二、背景技术：

现有技术和产品缺点作一介绍：目前尚无直接用于路面柔性材料剪切性能测试的仪器。与该设备相似的设备有路面结构剪切性能测试装置(LLM长安大学开发)和常用于材料分析的三轴试验装置。路面结构剪切性能测试装置主要针对路面结构层进行剪切试验，测定水平荷载作用下结构层间结合状况，试验采用矩粒形板试件，无法对路面结构中级配碎石、沥青混合料等柔性材料在竖向轮载作用下的抗剪切能力进行评价。三轴试验装置虽可施加不同围压对材料强度、模量进行测定，但无法模拟路面柔性材料在行车荷载竖向作用下的实际剪切变形过程，且无法直接评价材料设计所关心的抗剪切能力；试件虽采用圆柱试件，但采用与实际碾压工艺相近的振动法成型存在较大困难，同时由于试件尺寸较小，对大颗材料而言尺寸效应影响较大，影响试验精度。

三、发明内容：

本发明的目的是克服上述现有技术和产品的缺点，利用控制箱自动控制水平施加于材料试件的围压，测定并自动采集竖向施加于试件的荷载与剪切位移，可以用来评价路面柔性材料的抗剪切变形能力，研制一种新型路面柔性材料剪切性能测试的仪器，提高实验精度，

本发明的技术解决方案：路面柔性材料剪切性能测试仪，包括控制、数据采集装置2经连接导线9连接位于试件3上方的力传感器7，试件约束装置6内固定试件3，左平台1中固定竖向行走装置4和水平行走装置5，其特征是：在试件约束装置中，试件3由左右对称、底面封住的两个半圆柱形试筒成型，成型试件3试筒左半部分放置在能够竖向行走的平台1上，并通过矩形固定压板和螺栓固定，成型试样3试筒右半部分放置在另一个平台1底板上，该平台1底板与能够竖向行走的平台1上面处于同一水平面，试件3上面用半圆形压板和螺栓固定。

与现有技术相比，本发明具有的优点和效果如下：

(1)可以模拟实际行车荷载作用下路面柔性材料剪切变形过程。实际行车荷载作用过程中，路面结构层中的柔性材料在水平方向侧压力和竖向压力共同作用下发生剪切变形，但轮载作用受轮胎接地面积、结构层荷载传递能力等影响，传递到柔性材料层的竖向荷载仅作用在局部较小面积，实际产生的剪切变形区域是在受压区和未受压区的交界面；由于路面结构层水平方向尺寸(宽度和长度)相对较大，局部区域受压竖向剪切变形时材料水平方向受侧压力约束，无法自由移动；因此利用双半圆形圆柱试样分别模拟受压区和未受压区，双半圆柱体对接面模拟交界面，竖向行走装置单侧施加竖向荷载模拟轮载作用，水平行走装置施加结构层有限元计算得到的侧压力值模拟材料实际所受水平方向侧压力，可以模拟实际剪切变形过程，符合实际受力和变形情况。路面结构剪切性能测试装置和三轴试验装置均无法模拟这一实际过程。

(2)试件采用整体振动成型，且尺寸可以调整，可以模拟材料实际组成与密实状况，消除试验尺寸效应。利用振动成型，可以模拟实际施工过程中材料的碾压工艺，保证试验材料级配组成不变，密实度与现场实际吻合。双半圆形圆柱试样实际采用双半圆形试模整体成型，即利用固定螺栓首先将双半圆形试模紧密连接，试件整体成型并固定于测试平台后再去掉固定螺栓，这种方法既方便又保证试件的整体性。试件尺寸可以根据试验材料最大粒径进行调整，消除尺寸效应影响。采用双半圆形试模整体振动成型试件，是本发明的关键创新之一。

(3)剪切速度可调，可以模拟不同荷载作用过程(荷载大小、荷载作用速度)进行材料抗剪切性能测试评价。

(4)研制开发试验控制装置，自动控制试验过程，试验数据自动采集与存储，并通过串口可与计算机连接进行数据传输，操作简便，人为干扰小。利用控制软件设定剪切速度、侧压力等控制参数，自动控制试验启动与停止。试验数据直接采集剪切力、剪切位移和侧压力，采集频率可调，输出到Excel可进行后期计算与处理。

四、附图说明：

附图为本发明的结构示意图。

图中标号说明：1-基座，2-控制装置、数据采集装置，3-试件，4-竖向行走装置，5-水平行走装置，6-约束装置，7-力传感器，8-支架，9-连接线。

五、具体实施方式：

如附图所示。主要由控制装置、数据采集装置2、试件约束装置6和行走装置四部分组成。控制装置利用控制器控制整个剪切性能试验操作过程，可以设置试件编号、剪切速度、侧压力控制等参数，并实时监测荷载与位移值变化，通过串口可与计算机连接，传输试验数据。数据采集分为两个独立的子装置，一个是同步采集竖向剪切力和竖向位移的装置，另一个是侧压力的力值采集装置。试件约束装置6主要用于保证剪切试验过程中双半圆形试件保持水平、垂直状态，尤其是固定试件上下端部，避免试件剪切过程中倾斜变形，是试验的核心装置；上端部约束装置利用反力螺丝对顶部半圆钢板施加竖向荷载，下端部约束装置采用压板、固定螺栓、传感器压头等施加竖向荷载进行固定。行走装置由两部分组成，一部分是竖向行走装置4，能以设定的恒定速度上升和下降，对试件施加竖向剪切力，剪切速度可调；另一部分是水平行走装置5，对试件提供水平方向恒定的侧压力。

工作原理：试件3由左右对称、底面封住的两个半圆柱形试筒成型，将成型好试样3的试筒左半部分放置在竖向行走装置4的基座1平台上，并通过矩形固定压板和固定压板螺栓将试筒左半部分牢牢固定在竖向行走装置4的平台上，再通过反力螺栓向半圆形压板施加作用力，将左半部分试样上下端部紧紧约束起来。右侧的水平行走装置5能通过自身的前进和后退给试样施加预先设定的侧压力，右边的半圆柱形试筒有一竖向导轨，放置在与竖向行走装置4处于同一水平面的底板上，试样上面放置半圆形压板，使得压板的表面与试筒顶面处于同一平面，然后再在压板上垫设半圆形压板使压板与力传感器7压头之间紧密接触好。试验时，通过水平行走装置5给试样3施加一定侧压力后，把固定左右两半边试筒的螺栓卸掉，启动竖向行走装置，进行试样的剪切试验。数据采集装置2自动实时采集剪切力、侧压力和剪切位移，并自动保存，也可实时打印原始数据。当试验荷载达到峰值并回落到规定值时，控制装置自动停止试验。

工作过程：准备工作——将控制箱打开，并连接好侧压力、剪切力、位移、电机的通信接口，接通电源，然后将装置初始化，并检查整个仪器是否工作正常。试件成型——试件3在振动台上成型，试验前先将试筒的两部分用两个螺栓连成一个整体，再与套筒一起固定在振动台台面上。按事先计算好的掺水量与配好的料拌和均匀，振动成型。试件成型好后，将套筒卸掉，将装有试件的试筒从振动台上移开。试件安装——首先将试筒一起放置在竖向行走装置的平台上，并将导轨置入水平行走装置的两个卡槽内；然后将半圆形薄钢板放在靠近竖向行走装置的试样顶面；接下来用压板螺杆将置于竖向行走装置的平台上的半边试筒牢牢固定，并用压板上的反力螺丝加载于试验上半圆形薄钢板，使竖向行走装置4一侧的半边试样的两个端部被约束住；在与压头接触的半边试验顶面加上半圆形压板使力传感器7压头与压板紧紧接触；接下来启动通过水平行走装置5，给试样3预加侧压力，再卸掉固定两半边试筒螺丝。试验开始——设置好试件3的编号、侧压力变化范围、剪切速度，启动电机，自动控制开始剪切试验。当剪切力到达峰值并回落到规定值时试验自动结束，竖向行走装置便自动下降到试验前的位置，等待下一次试验的开始。

Claims

1、路面柔性材料剪切性能测试仪，包括控制、数据采集装置(2)经连接导线(9)连接位于试件(3)上方的力传感器(7)，试件约束装置(6)内固定试件(3)，左平台(1)中固定竖向行走装置(4)和水平行走装置(5)，其特征是：在试件约束装置中，试件(3)由左右对称、底面封住的两个半圆柱形试筒成型，成型试件(3)试筒左半部分放置在能够竖向行走的平台(1)上，并通过矩形固定压板和螺栓固定，成型试样(3)试筒右半部分放置在另一个平台(1)底板上，该平台(1)底板与能够竖向行走的平台(1)上面处于同一水平面，试件(3)上面用半圆形压板和螺栓固定。