鋼橋面與鋪裝界面剪切試驗裝置製造方法

2023-09-10 08:56:45 3

鋼橋面與鋪裝界面剪切試驗裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種鋼橋面與鋪裝界面剪切試驗裝置，該裝置包括底板(14)、自底板（14）分別豎直延伸的左側側向支撐板（1）和右側側向支撐板（8）、放置在底板（14）上的試件夾具（12）、設置在左側側向支撐板（1）和試件夾具（12）之間且分別與左側側向支撐板（1）和試件夾具（12）連接的千斤頂（2）、設在左側側向支撐板（1）和試件夾具（12）之間的試件夾具導杆（13）、設在試件夾具（12）上方的試件夾具蓋板（3）；設置在底板（14）上的試件側壓板（9）。本發明能夠有效測試鋼橋面與鋪裝界面的剪切性能，滿足不同試驗溫度的需要，適用於鋼橋面與鋪裝界面的設計與研究、室內試驗以及工程檢測。
【專利說明】鋼橋面與鋪裝界面剪切試驗裝置
【技術領域】
[0001]本發明屬於公路鋼結構橋梁橋面鋪裝【技術領域】，涉及鋼橋面鋪裝結構力學特性的測試裝置，尤其是鋼橋面與鋪裝界面剪切試驗裝置。
【背景技術】
[0002]我國已建和在建的跨越江河、島嶼、海灣、峽谷的大跨徑鋼橋已逾百座，橋面系統普遍採用正交異性板和浙青混凝土鋪裝。鋼橋面鋪裝在行車荷載、溫度變化及橋梁振動等因素的綜合影響下，受力與變形複雜，各種病害頻發，使用壽命遠低於預期。鋼橋面與鋪裝界面破壞是鋼橋面鋪裝的主要病害形式之一。由於鋼橋面板較為光滑，且易受環境溫度變化的影響，尤其夏季高溫期橋面實測溫度可達70°C，界面成為鋪裝結構中的薄弱環節，在車輛荷載的作用下容易因粘結失效而產生破壞。界面破壞將導致鋼橋面鋪裝結構產生脫層、滑移、擁包和開裂等病害，外界的水將直接侵入鋪裝內部和鋼橋面板，導致鋪裝體系崩潰性破壞，並誘發鋼橋面板在應力腐蝕環境中鏽蝕和斷裂，危害橋梁結構安全。因此，界面是影響鋼橋面鋪裝使用性能和使用壽命的關鍵因素之一。
[0003]鋼橋面與鋪裝界面破壞的力學原因主要包括:(1)車輛加速或剎車導致界面產生的縱橋向剪應力；(2)鋼橋面板與鋪裝複合結構在車輛荷載作用下彎曲變形導致界面產生橫橋向和縱橋向剪應力；(3)由於橋面斜坡在界面橫向和縱向引起的剪應力；(4)由於鋼與鋪裝材料熱膨脹與熱收縮係數差異引起的剪應力。因此，界面的抗剪性能是鋼橋面鋪裝結構的重要力學指標，必須對此進行準確地測試。
[0004]目前國內外針對鋼橋面與鋪裝界面力學性能的研究較少，還沒有形成標準試驗方法，試驗設備也較為欠缺，往往沿用路面層間性能測試時採用的拉拔和斜剪等試驗裝置。然而，這些試驗裝置無法準確地測試鋼橋面與鋪裝界面受剪時的破壞情況，比如拉拔試驗模式與界面在車輛荷載作用下壓應力與剪應力共存的真實受力狀況存在差異，所得到的評價指標是相對強度；而斜剪試驗受到夾具的限制，試件尺寸與鋼橋面鋪裝結構不符，試件破壞面難以保證在界面上，試驗結果離散性較大，對於測試特定正應力條件下的界面剪切性能也較為困難。因此，目前現有的試驗裝置不能準確測試鋼橋面與鋪裝界面的剪切特性，導致試驗結果的偏差，無法正確指導鋼橋面鋪裝的設計和施工。

【發明內容】

[0005]發明目的:本發明所要解決的技術問題是:提供一種兼容多種試驗條件、試驗數據準確、使用方便的鋼橋面與鋪裝界面剪切試驗裝置，能夠測試界面在壓應力與剪應力共存情況下的剪切力學特性。
[0006]技術方案:為解決上述技術問題，本發明提供了一種鋼橋面與鋪裝界面剪切試驗裝置，該裝置包括
[0007]底板、自底板分別豎直延伸的左側側向支撐板和右側側向支撐板、放置在底板上且位於左側側向支撐板和右側側向支撐板之間的試件夾具、設置在左側側向支撐板和試件夾具之間且分別與左側側向支撐板和試件夾具連接的千斤頂、設在左側側向支撐板和試件夾具之間的試件夾具導杆、設在試件夾具上方的試件夾具蓋板；
[0008]設置在底板上且位於試件夾具與右側側向支撐板之間的試件側壓板、設置在右側側向支撐板和試件側壓板之間且分別與右側側向支撐板和試件側壓板連接的力傳感器、設在右側側向支撐板和試件側壓板之間的試件側壓板導杆；
[0009]試件夾具用於放置試件，其沿試件夾具導杆水平移動；
[0010]試件側壓板一側裝有滾軸並通過滾軸與試件的鋼板接觸，從而使試件的鋼板部分受豎向力作用向下移動時在與試件側壓板的接觸面上受到滾動磨擦，試件側壓板沿試件側壓板導杆水平移動；
[0011]力傳感器的中心與試件中心、千斤頂的中心處於同一水平面。
[0012]優選的，試件夾具和試件夾具蓋板通過螺栓連接。
[0013]優選的，左側側向支撐板和右側側向支撐板分別採用梯形加勁固定在底板上。
[0014]優選的，通過試件夾具將試件的混凝土部分固定在試件夾具內，試件的鋼板部分在試件夾具外，試件界面與試件夾具邊緣在同一豎直面上。
[0015]優選的,通過千斤頂在試件界面施加0_5MPa的任意正應力。
[0016]有益效果:
[0017]與現有技術相比，本發明具有以下優點:
[0018]1.針對各種尺寸的試件採用不同的試件夾具，在環境箱中模擬不同溫度的環境條件，測試鋼橋面與鋪裝界面在溫度、荷載耦合作用下的剪切性能，使得剪切試驗結果能夠準確地反映出界面的剪切特性，完善現有試驗裝置的不足。
[0019]2.通過千斤頂可在試件界面施加0_5MPa的任意正應力，涵蓋了鋼橋面與鋪裝界面在車輛荷載作用下可能產生的所有正應力狀況，克服了現有試驗裝置無法在界面上施加特定正應力的不足。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本發明的結構示意圖。
[0021]圖2為圖1的俯視圖。
[0022]圖3為試件夾具、試件夾具蓋板、螺栓、試件、滾軸和試件側壓板的剖面圖。
[0023]圖4為剪切試驗後試件夾具、試件夾具蓋板、螺栓、試件、滾軸和試件側壓板的剖面圖。
[0024]圖中，I 一左側側向支撐板，2 —千斤頂，3 —試件夾具蓋板，4 一螺栓，5 —滾軸，6 一力傳感器，7 —試件側壓板導杆，8 —右側側向支撐板，9 一試件側壓板，10 一試件，11 -試件界面，12 一試件夾具，13 一試件夾具導杆，14 一底板。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖，對本發明做進一步說明。
[0026]本發明提供的鋼橋面與鋪裝界面剪切試驗裝置，該裝置包括底板14、自底板14分別豎直延伸的左側側向支撐板I和右側側向支撐板8、放置在底板14上且位於左側側向支撐板I和右側側向支撐板8之間的試件夾具12、設置在左側側向支撐板I和試件夾具12之間且分別與左側側向支撐板I和試件夾具12連接的千斤頂2、設在左側側向支撐板I和試件夾具12之間的試件夾具導杆13、設在試件夾具12上方的試件夾具蓋板3。
[0027]設置在底板14上且位於試件夾具12與右側側向支撐板8之間的試件側壓板9、設置在右側側向支撐板8和試件側壓板9之間且分別與右側側向支撐板8和試件側壓板9連接的力傳感器6、設在右側側向支撐板8和試件側壓板9之間的試件側壓板導杆7。
[0028]試件夾具12用於放置試件10，其沿試件夾具導杆13水平移動。
[0029]試件側壓板9 一側裝有滾軸5並通過滾軸5與試件10的鋼板接觸，從而使試件10的鋼板部分受豎向力作用向下移動時在與試件側壓板9的接觸面上受到滾動磨擦，試件側壓板9沿試件側壓板導杆7水平移動；
[0030]力傳感器6的中心與試件10中心、千斤頂2的中心處於同一水平面。
[0031]試件夾具12和試件夾具蓋板3通過螺栓連接。
[0032]左側側向支撐板I和右側側向支撐板8分別採用梯形加勁固定在底板上。
[0033]通過試件夾具12將試件10的混凝土部分固定在試件夾具12內，試件10的鋼板部分在試件夾具12外，試件界面11與試件夾具12邊緣在同一豎直面上。
[0034]通過千斤頂2在試件界面11施加0_5MPa的任意正應力。
[0035]本發明的主要特點如下:
[0036]1.本發明可放入環境箱中，以模擬不同溫度的環境條件，並利用多功能材料試驗系統(如MTS、UTM等)進行豎向荷載控制和數據採集，通過剪切試驗測試鋼橋面與鋪裝界面在溫度、荷載耦合作用下的剪切性能，由於該設計考慮了鋼橋面鋪裝的使用環境，使得剪切試驗結果能夠準確地反映出界面的剪切特性，完善目前試驗裝置的不足。
[0037]2.試件夾具為裝配式，通過更換不同尺寸的試件夾具可滿足不同尺寸試件的試驗要求。
[0038]3.將豎向荷載作用於鋼板上，可以獲得更加均勻的界面剪應力分布，減少局部效應及試驗結果的偏差。
[0039]4.試件夾具和試件側壓板的水平移動採用導軌控制，保證了試件正應力施加的均勻性和試驗系統的穩定性。
[0040]5.通過千斤頂可在試件界面施加0_5MPa的任意正應力，涵蓋了鋼橋面與鋪裝界面在車輛荷載作用下可能產生的所有正應力狀況，克服了現有試驗裝置無法在界面上施加特定正應力的不足。
[0041]6.通過千斤頂可在試件界面施加一組不同正應力，分別測試對應的剪切強度，根據摩爾一庫侖理論即可確定界面的剪切強度包絡圖，並求得界面的內磨擦角和粘聚力等重要力學參數。
[0042]採用本發明進行鋼橋面與鋪裝界面剪切試驗的一個具體實施過程為:
[0043]1.試件製作
[0044]採用輪碾成形法製作測試鋼橋面與鋪裝界面剪切特性的試件，先將鋼板放入專用試模內，然後灑布粘結材料，再放入鋪裝材料並用輪碾壓實，冷卻後脫模為方型複合試件10，鋼板和鋪裝材料之間為試件界面11。
[0045]2.試驗準備
[0046]開始試驗前，將如圖1所示的鋼橋面與鋪裝界面剪切試驗裝置和試件10放入環境箱中，設置需要的試驗溫度並保溫4h。
[0047]將鋼橋面與鋪裝界面試件10的混凝土部分放置在試件夾具12內，使試件界面11與試件夾具12邊緣在同一豎直面上，再將試件夾具蓋板3放在試件夾具12上，調節位置使兩者的空心孔同心，通過緊固螺栓4將試件夾具蓋板3固定在試件夾具12上並夾緊試件10。
[0048]3.試驗過程
[0049]待試驗準備工作結束後，操作千斤頂2使之產生水平壓力；試件10在水平壓力作用下與滾軸5緊密接觸；通過力傳感器6監測水平壓力的大小，直至試件界面11產生需要的正應力。開動加載設備，通過加載設備的控制系統啟動試驗，使加載設備沿豎直方向向下壓動試件10的鋼板部分，滾軸5同時轉動，試件界面11的剪應力不斷增大，直至試件發生剪切破壞為止，試驗結束；剪切試驗後試件夾具、試件夾具蓋板、螺栓、試件、滾軸和試件側壓板的剖面圖見圖4。
[0050]以上所述僅為本發明的較佳實施方式，本發明的保護範圍並不以上述實施方式為限，但凡本領域普通技術人員根據本發明所揭示內容所作的等效修飾或變化，皆應納入權利要求書中記載的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種鋼橋面與鋪裝界面剪切試驗裝置，其特徵在於:該裝置包括 底板(14)、自底板(14)分別豎直延伸的左側側向支撐板(I)和右側側向支撐板(8)、放置在底板(14)上且位於左側側向支撐板(I)和右側側向支撐板(8)之間的試件夾具(12)、設置在左側側向支撐板(I)和試件夾具(12)之間且分別與左側側向支撐板(I)和試件夾具(12)連接的千斤頂(2)、設在左側側向支撐板(I)和試件夾具(12)之間的試件夾具導杆(13)、設在試件夾具(12)上方的試件夾具蓋板(3)； 設置在底板(14)上且位於試件夾具(12)與右側側向支撐板(8)之間的試件側壓板(9)、設置在右側側向支撐板(8)和試件側壓板(9)之間且分別與右側側向支撐板(8)和試件側壓板(9)連接的力傳感器(6)、設在右側側向支撐板(8)和試件側壓板(9)之間的試件側壓板導杆(7); 試件夾具(12)用於放置試件(10)，其沿試件夾具導杆(13)水平移動；試件(10)中鋼板部分與混凝土部分的接觸面為試件界面(11); 試件側壓板(9) 一側裝有滾軸(5)並通過滾軸(5)與試件(10)的鋼板接觸，從而使試件(10)的鋼板部分受豎向力作用向下移動時在與試件側壓板(9)的接觸面上受到滾動磨擦，試件側壓板(9)沿試件側壓板導杆(7)水平移動； 力傳感器(6)的中心與試件(10)中心、千斤頂(2)的中心處於同一水平面。
2.根據權利要求1所述的鋼橋面與鋪裝界面剪切試驗裝置，其特徵在於:試件夾具(12)和試件夾具蓋板(3)通過螺栓連接。
3.根據權利要求1所述的鋼橋面與鋪裝界面剪切試驗裝置，其特徵在於:左側側向支撐板(I)和右側側向支撐板(8)分別採用梯形加勁固定在底板上。
4.根據權利要求1所述的鋼橋面與鋪裝界面剪切試驗裝置，其特徵在於:通過試件夾具(12)將試件(10)的混凝土部分固定在試件夾具(12)內，試件(10)的鋼板部分在試件夾具(12 )外，試件界面(11)與試件夾具(12)邊緣在同一豎直面上。
5.根據權利要求1所述的鋼橋面與鋪裝界面剪切試驗裝置，其特徵在於:通過千斤頂(2)在試件界面(11)施加0-5MPa的任意正應力。
【文檔編號】G01N3/10GK103471924SQ201310462928
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月30日 優先權日:2013年9月30日
【發明者】姚波, 程剛, 王曉, 劉松玉, 程成, 陳磊磊 申請人:東南大學