一種用於測試路面層間拉拔疲勞試件的夾具及其測試方法

2023-06-06 19:59:21 1

專利名稱：一種用於測試路面層間拉拔疲勞試件的夾具及其測試方法
技術領域：
本發明屬於路面工程技術領域，涉及一種路面結構層在反覆荷載作用下的層間的 拉拔疲勞實驗裝置及測試方法，具體一種用於測試路面層間拉拔疲勞試件的夾具及其測試 方法。
背景技術：
路面結構是一種由不同材料組合而成的多層複合體系，由於材料差異使不同結構 層之間的變形無法達到一致和協調，因此一般要求在結構層之間鋪撒粘層油和透層油，希 望通過這種層間結合措施達到不同結構層變形協調的目的。在行車荷載作用下，路面結構 內部尤其是層間結合部位容易較大的拉拔應力和應變，反覆的拉拔應力和應變導致層間粘 結層由於疲勞而斷裂，路面結構層隨之出現脫層，繼而出現裂縫、坑槽、推移甚至基層損壞 等病害，嚴重影響路面的正常使用性能以及使用壽命。目前國內外對於路面結構的層間拉拔疲勞尚無人進行研究，而對於結構層層間的 拉拔疲勞試驗也無人涉及，同時現行規範對於層間拉拔疲勞沒有具體規定，這導致目前道 路結構設計與實際使用嚴重不符，即路面結構在實際使用過程中並沒有一直處於完全連續 狀態，那麼如何能夠有效表徵路面結構層間拉拔疲勞特性是保證路面能夠正常使用而需要 解決的問題。

發明內容
本發明的目的是提供一種用於測試路面層間拉拔疲勞試件的夾具及其測試方法， 以克服現有技術存在的有效表徵路面結構層間拉拔疲勞特性是保證路面能夠正常使用而 需要解決的問題，該方法可操作和重複性強，實驗結果穩定，平行實驗結果離散型小。為實現上述目的，本發明採用的技術方案為一種用於測試路面層間拉拔疲勞試 件的夾具，包括相互扣套的上組合件和下組合件，所述的上組合件為一對C形板對接組成 的矩形框，矩形框的下端面上開設有下通孔，矩形框內側面上均設置有豎直的凸稜；所述下 組合件為一對相同的U形框連接形成的U形框，U形框的上端面中部上開設有上通孔，上通 孔和下通孔形狀相同且上通孔位於下通孔之上與其相對設置，上端面兩側開設有與凸稜相 互嵌套且能滑動配合的凹槽。上述的凸稜截面為三角形，凹槽為對應的三角槽。上述的上通孔和下通孔為孔徑相同的方形孔。上述U形框的下部開口端設置有底座。使用上述夾具測試路面層間拉拔疲勞試件的測試方法通過以下步驟實現
(1)、首先根據層間粘結層材料的不同，通過理論計算確定疲勞荷載的大小；
(2)、製作試件可採用靜壓法、錘擊法或旋轉壓實方法製成圓形或者矩形組合試件，也 可以利用現場鑽心取樣的試件；
(3)、將試件11、夾具在環境溫控箱中進行保溫；(4)、進行層間拉拔強度試驗將試件11放置在上組合件(1)和下組合件(2)之間的孔 中，並將夾具與試件11用螺絲擰緊，通過凸稜將上組合件(1)和下組合件(2)位置擺放正 確，並放置在環境箱中，通過傳力杆12將荷載加載至上組合件(1)上，以此可以對層間結合 面處產生均勻分布的垂直拉應力，實驗過程中施加荷載從小到大，直到試件11破壞為止， 此時得到的荷載除以層間接觸面積，即可達到該條件下層間拉拔極限強度；
(5)、進行路面結構層間拉拔疲勞試驗將試件11放置在上組合件(1)和下組合件(2) 之間的孔中，並將夾具與試件用螺絲擰緊，通過凸稜將上部夾具和下部夾具位置擺放正確， 並放置在環境箱中，通過傳力杆12將荷載加載至上組合件(1)上，以此可以對層間結合面 處產生均勻分布的垂直拉應力，施加荷載的大小根據直接拉拔強度試驗結果的0. Γ0. 9倍 範圍內，實驗結束後，試件的層間結合部將會出現疲勞破壞，分析試驗過程中材料試驗機採 集的應力或者應變隨時間或者作用次數的變化數據，以此對層間拉拔疲勞進行分析。上述的步驟(3)中將試件以及夾具置於-15°c 20°C的環境箱中，保溫時間不少於 4個小時。上述的步驟(4)中通過傳力杆對試件進行加載，加載速率為lmm/min，直至試件破壞。上述的測試方法中通過凸稜將上下夾具組合在一起，並保證拉拔面與荷載方向垂直。本發明的此種結構，夾具在試驗過程中能夠簡便、快速的反映出路面結構層間的 拉拔疲勞情況，有利於試驗的正常進行，同時可以準確的反映出層狀結構內部粘結材料的 長期使用性能；通過上組合件和下組合件上下嵌套將試件固定在上通孔和下通孔上，並通 過傳力系統向試件下端施加豎向波形荷載，使粘結層出現均勻分布的拉應力(應變)，從而 得到試件疲蘿拉拔應力(應變)與加載次數之間的關係，得到反映拉拔疲勞的特徵參數。本發明的試驗方法具有以下優點
1.試驗過程簡單，可操作和重複性強；
2.試驗測試結果穩定，平行試驗結果離散型小；
3.實驗能夠較好地模擬行車荷載反覆作用下路面結構層間的受力狀態；
4.本方法既能夠進行層間直接拉拔試驗，又能夠進行拉拔疲勞試驗，不需要添加任何 其他設備。


圖1是本發明的結構示意圖； 圖2是本發明上組合件結構示意圖； 圖3是本發明下組合件結構示意圖； 圖4是本發明受力示意圖； 圖5是本發明的實驗裝置圖。圖中1-上組合件，2-下組合件，3-C形板，4-上通孔，5-下通孔，6-凸稜，7-凹槽， 8-U形板，9-底座，10-螺絲，11-試件，12-傳力杆。
具體實施例方式
下面將結合附圖對本發明進行詳細說明。參見圖1、圖2、圖3，包括相互扣套的上組合件1和下組合件2，所述的上組合件1為一對C形板3對接組成的矩形框，矩形框的下端面上開設有下通孔5，矩形框內側面上均 設置有豎直的凸稜6 ；所述下組合件2為一對相同的U形框8連接形成的U形框，U形框的 上端面中部上開設有上通孔4，上通孔4和下通孔5形狀相同且上通孔4位於下通孔5之上 與其相對設置，上端面兩側開設有與凸稜6相互嵌套且能滑動配合的凹槽7。凸稜6截面 為三角形，凹槽7為對應的三角槽。上通孔4和下通孔5為孔徑相同的方形孔。上組合件 1和下組合件2上下相互嵌套時，所述的下通孔5和上通孔4上下位於同一軸線上，所述的 凸稜6和凹槽7咬合在一起，可防止上組合件1和下組合件2在加載過程中產生橫向移動。 同時在下組合件2的U形板的開口端均設置有底座9。如圖4所示，本發明使用時，下組合件2的底座9部分通過四個螺絲10將其固定 在MTS (UTM)上，防止在加載過程中整個夾具發生橫向移動，然後把成型好的試件首先放入 下組合件2中，利用下組合件2的上通孔4將試件上部夾住，並通過側面的四個螺絲固定， 防止加載過程中試件與下組合件2產生豎向位移；再將能夠分開的上組合件1的兩C形板 3前後套在下組合件2中，如圖2所示，確保上組合件1內側的凸稜6能夠與上組合件1前 後外側的凹槽7咬合，同時上組合件1底部下通孔5必須夾住試件下部，通過側面的四個螺 絲固定；整個安裝過程準備完畢後，利用MTS (UTM)在上組合件1上部施加豎向波形荷載， 此時在試件上表現為拉拔力即可進行拉拔疲勞試驗。本發明屬於路面結構層專用拉拔疲勞夾具，通過上組合件1和下組合件2將試件 卡在夾具的上通孔4和下通孔5中，試件粘結層與加載方向垂直，在組合件頂端表面施加豎 向荷載時，試件粘結層內部的力學狀態表現為拉拔力，能夠真實的反映路面結構層的受力 情況。本發明的測試方法通過以下步驟實現
(1)、首先根據層間粘結層材料的不同，通過理論計算確定疲勞荷載的大小；
(2)、製作試件可採用靜壓法、錘擊法或旋轉壓實方法製成圓形或者矩形組合試件，也 可以利用現場鑽心取樣的試件；
(3)、將試件11、夾具在環境溫控箱中進行保溫；
(4)、進行層間拉拔強度試驗將試件11放置在上組合件(1)和下組合件(2)之間的孔 中，並將夾具與試件11用螺絲擰緊，通過凸稜將上組合件(1)和下組合件(2)位置擺放正 確，並放置在環境箱中，通過傳力杆12將荷載加載至上組合件(1)上，以此可以對層間結合 面處產生均勻分布的垂直拉應力，實驗過程中施加荷載從小到大，直到試件11破壞為止， 此時得到的荷載除以層間接觸面積，即可達到該條件下層間拉拔極限強度；
(5)、進行路面結構層間拉拔疲勞試驗將試件11放置在上組合件(1)和下組合件(2) 之間的孔中，並將夾具與試件用螺絲擰緊，通過凸稜將上部夾具和下部夾具位置擺放正確， 並放置在環境箱中，通過傳力杆12將荷載加載至上組合件(1)上，以此可以對層間結合面 處產生均勻分布的垂直拉應力，施加荷載的大小根據直接拉拔強度試驗結果的0. Γ0. 9倍 範圍內，實驗結束後，試件的層間結合部將會出現疲勞破壞，分析試驗過程中材料試驗機採 集的應力或者應變隨時間或者作用次數的變化數據，以此對層間拉拔疲勞進行分析。步驟(3)中將試件以及夾具置於_15°C 20°C的環境箱中，保溫時間不少於4個小時。步驟(4)中通過傳力杆對試件進行加載，加載速率為lmm/min，直至試件破壞。測試方法中通過凸稜將上下夾具組合在一起，並保證拉拔面與荷載方向垂直。
實施例
1.採用旋轉壓實方法製作直徑為150mm的浙青混合料大馬歇爾試件，同時採用擊實方 法製作直徑為150mm的水泥穩定碎石試件。在水泥穩定碎石表面塗刷透層油及封層材料， 之後將浙青混合料大馬歇爾試件放置在塗刷透層油的水泥穩定碎石試件之上，並採用壓力 機進行靜壓成型。將試件靜置12小時以上，方可進行下一步實驗操作。同一組試樣個數不 少於3個。2.將試件、拉拔疲勞用的夾具放置在25°C環境箱中，保溫時間不少於6小時。3.將試件放入拉拔疲勞夾具當中。應確保試件的受拉麵與加載面垂直。4.進行層間拉拔強度試驗。通過上部夾具對試件進行加載，加載速率 為lmm/min，直至之間破壞為止。試驗結束後，將得到如圖3所示的荷載-變形關係 曲線，試件的破壞荷載可以取極限荷載的80%。由此得出試件的層間拉拔強度為=0.9S (￡)，其中P為試件的破壞荷載，A為試件的橫截面積。為了保證實驗結果的準確
性，進行了 3次平行試驗，試驗結果見表1。本試驗採用直徑為150mm的圓柱形芯樣，其中浙 青混凝土試件高100mm，水泥穩定碎石試件高100mm，層間粘結材料為改性乳化浙青。表1路面結構層間拉拔強度
權利要求
1.一種用於測試路面層間拉拔疲勞試件的夾具，包括相互扣套的上組合件(1)和下組 合件(2)，所述的上組合件(1)為一對C形板(3)對接組成的矩形框，矩形框的下端面上開設 有下通孔(5)，矩形框內側面上均設置有豎直的凸稜(6);所述下組合件(2)為一對相同的U 形框(8)連接形成的U形框，U形框的上端面中部上開設有上通孔(4)，上通孔(4)和下通孔 (5)形狀相同且上通孔(4)位於下通孔5之上與其相對設置，上端面兩側開設有與凸稜(6) 相互嵌套且能滑動配合的凹槽(7)。
2.根據權利要求1所述的一種用於測試路面層間拉拔疲勞試件的夾具，其特徵在於 所述的凸稜(6)截面為三角形，凹槽(7)為對應的三角槽。
3.根據權利要求1或2所述的一種用於測試路面層間拉拔疲勞試件的夾具，其特徵在 於所述的上通孔(4)和下通孔(5 )為孔徑相同的方形孔。
4.根據權利要求3所述的一種用於測試路面層間拉拔疲勞試件的夾具，其特徵在於 所述U形框(8)的下部開口端設置有底座(9)。
5.根據權利要求1所述的一種用於測試路面層間拉拔疲勞試件的夾具的測試方法，其 特徵在於所述的測試方法通過以下步驟實現(1)、首先根據層間粘結層材料的不同，通過理論計算確定疲勞荷載的大小；(2)、製作試件可採用靜壓法、錘擊法或旋轉壓實方法製成圓形或者矩形組合試件，也 可以利用現場鑽心取樣的試件；(3)、將試件(11)、夾具在環境溫控箱中進行保溫；(4)、進行層間拉拔強度試驗將試件(11)放置在上組合件(1)和下組合件(2)之間的 孔中，並將夾具與試件(11)用螺絲擰緊，通過凸稜(6)將上組合件(1)和下組合件(2)位置 擺放正確，並放置在環境箱中，通過傳力杆(12)將荷載加載至上組合件(1)上，以此可以對 層間結合面處產生均勻分布的垂直拉應力，實驗過程中施加荷載從小到大，直到試件(11) 破壞為止，此時得到的荷載除以層間接觸面積，即可達到該條件下層間拉拔極限強度；(5)、進行路面結構層間拉拔疲勞試驗將試件(11)放置在上組合件(1)和下組合件 (2)之間的孔中，並將夾具與試件用螺絲擰緊，通過凸稜將上部夾具和下部夾具位置擺放 正確，並放置在環境箱中，通過傳力杆(12)將荷載加載至上組合件(1)上，以此可以對層 間結合面處產生均勻分布的垂直拉應力，施加荷載的大小根據直接拉拔強度試驗結果的 0.廣0.9倍範圍內，實驗結束後，試件的層間結合部將會出現疲勞破壞，分析試驗過程中材 料試驗機採集的應力或者應變隨時間或者作用次數的變化數據，以此對層間拉拔疲勞進行 分析。
6.根據權利要求5所述的一種用於測試路面層間拉拔疲勞試件的夾具的測試方法，其 特徵在於所述的步驟(3)中將試件以及夾具置於_15°C 20°C的環境箱中，保溫時間不少 於4個小時。
7.根據權利要求5所述的一種用於測試路面層間拉拔疲勞試件的夾具的測試方法，其 特徵在於所述的步驟(4)中通過傳力杆對試件進行加載，加載速率為lmm/min，直至試件 破壞。
8.根據權利要求5所述的一種用於測試路面層間拉拔疲勞試件的夾具的測試方法，其 特徵在於所述的測試方法中通過凸稜將上下夾具組合在一起，並保證拉拔面與荷載方向垂直。
全文摘要
本發明涉及一種用於測試路面層間拉拔疲勞試件的夾具及其測試方法。目前國內外對於路面結構的層間拉拔疲勞尚無人進行研究。本發明包括相互扣套的上組合件和下組合件，上組合件為一對C形板對接組成的矩形框，矩形框的下端面上開設有下通孔，矩形框內側面上均設置有豎直的凸稜；下組合件為一對相同的U形框連接形成的U形框，U形框的上端面中部上開設有上通孔，上通孔和下通孔形狀相同且上通孔位於下通孔之上與其相對設置，上端面兩側開設有與凸稜相互嵌套且能滑動配合的凹槽。本發明通過上組合件和下組合件將試件固定後向試件下端施加豎向波形荷載，使粘結層出現均勻分布的拉應力，由試件疲蘿拉拔應力與加載次數得到反映拉拔疲勞的特徵參數。
文檔編號G01N3/04GK102128745SQ20101061496
公開日2011年7月20日 申請日期2010年12月30日 優先權日2010年12月30日
發明者李剛, 王爭軍, 陳團結 申請人:中交第一公路勘察設計研究院有限公司