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一種瀝青混合料圓柱體試件多軸加載試驗裝置制造方法

文檔序號:6054215閱讀:148來源:國知局
一種瀝青混合料圓柱體試件多軸加載試驗裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種瀝青混合料圓柱體試件多軸加載試驗裝置,包括水平軸、水平加載板、水平導桿、水平加載油缸、橡膠輪胎、液壓馬達、鉛垂方向加載裝置、機架,水平軸的一端通過軸承聯(lián)結在機架的第一端板上,其另一端通過軸承聯(lián)結在水平加載板上;瀝青混合料圓柱體試件固定在水平軸上;水平加載板滑動安裝在固定于機架上的水平導桿上,可由水平加載油缸對其加載;橡膠輪胎設置在水平軸的上方,由液壓馬達驅動通過摩擦力推動瀝青混合料圓柱體試件隨水平軸轉動;鉛垂方向加載裝置設置在橡膠輪胎的上方,可對所述橡膠輪胎施加鉛垂方向荷載。本實用新型能很好地模擬實際路面材料多軸受力狀態(tài),使得試件承受壓縮、拉伸、剪切的交互作用。
【專利說明】一種瀝青混合料圓柱體試件多軸加載試驗裝置

【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及測試道路材料力學性能的【技術領域】,尤其是指一種浙青混合料圓 柱體試件多軸加載試驗裝置。

【背景技術】
[0002] 目前最新版的《公路工程浙青及浙青混合料試驗規(guī)程》(JTG E20-2011)中浙青混 合料的試驗方法主要包括:單軸壓縮、單軸拉伸、小梁彎曲和劈裂試驗等。試驗過程中,浙青 混合料試件處于單軸或雙軸應力狀態(tài)。而實際浙青路面中,浙青混合料處于多軸受力狀態(tài), 承受壓縮、拉伸、剪切的交互作用。因此,現(xiàn)有浙青混合料的試驗裝置與方法無法模擬實際 浙青路面材料的多軸受力狀態(tài)。


【發(fā)明內容】

[0003] 本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足與缺點,提供一種浙青混合料圓柱體 試件多軸加載試驗裝置,能模擬車輪荷載對實際路面材料的作用力,使得試件處于多軸受 力狀態(tài),承受壓縮、拉伸、剪切的交互作用。
[0004] 為實現(xiàn)上述目的,本實用新型所提供的技術方案為:一種浙青混合料圓柱體試件 多軸加載試驗裝置,包括有水平軸、水平加載板、水平導桿、水平加載油缸、橡膠輪胎、液壓 馬達、鉛垂方向加載裝置以及機架,其中,所述水平軸的一端通過軸承聯(lián)結在機架的第一端 板上,其另一端通過軸承聯(lián)結在水平加載板上,可自由轉動;所述浙青混合料圓柱體試件固 定在水平軸上,并可隨水平軸轉動,其軸線與水平軸的軸線在同一方向上;所述水平加載板 滑動安裝在固定于機架上的水平導桿上,可沿水平導桿做水平方向運動,并可由水平加載 油缸對其加載,使其對水平軸上的浙青混合料圓柱體試件施加水平方向拉伸或壓縮荷載; 所述水平導桿的軸線與水平軸的軸線在同一方向上;所述橡膠輪胎設置在水平軸的上方, 可接觸水平軸上的浙青混合料圓柱體試件的外表面,由液壓馬達驅動通過摩擦力推動浙青 混合料圓柱體試件隨水平軸轉動;所述鉛垂方向加載裝置設置在橡膠輪胎的上方,可對所 述橡膠輪胎施加鉛垂方向荷載,從而實現(xiàn)對水平軸上的浙青混合料圓柱體試件施加鉛垂方 向荷載。
[0005] 所述機架包括有第一端板、第二端板、第三端板、頂板、底板,其中,所述第一端板、 第二端板、第三端板堅直擺放,并在水平軸的軸線方向上依次間隔排開;所述第一端板和第 二端板之間連接有頂板和底板,并組合形成有一容置空間,所述水平軸、橡膠輪胎、液壓馬 達分別置于該容置空間內,且所述水平軸的一端通過軸承聯(lián)結在第一端板上,其另一端穿 過第二端板后通過軸承聯(lián)結在堅直的水平加載板上;所述鉛垂方向加載裝置的下部穿過頂 板來對橡膠輪胎施加鉛垂方向荷載;所述第二端板和第三端板之間連接有上下對置的水平 導桿,所述水平加載板滑動安裝在該上下對置的水平導桿上,并由固定在第二端板和第三 端板上的多個水平加載油缸對其加載。
[0006] 所述浙青混合料圓柱體試件的直徑D為100mm?200mm,其長度L為直徑D的 1· 0 ?4· 0 倍。
[0007] 所述橡膠輪胎的直徑為浙青混合料圓柱體試件直徑的0. 5?4倍,輪胎壓力為 0· 5?1. 5MPa,胎面寬度為5?50mm。
[0008] 所述浙青混合料圓柱體試件的兩端分別通過抱箍固定在水平軸上。
[0009] 所述橡膠輪胎為充氣的橡膠輪胎。
[0010] 所述水平加載板的兩端通過采用水平限位套管滑動安裝在上下對置的水平導桿 上,以使其能在水平導桿上做水平方向運動。
[0011] 所述第二端板上安裝有供水平軸穿過的水平限位套管;所述頂板上安裝有供鉛垂 方向加載裝置下部穿過的鉛垂方向限位套管。
[0012] 本實用新型與現(xiàn)有技術相比,具有如下優(yōu)點與有益效果:
[0013] 1、現(xiàn)有浙青混合料的試驗裝置與方法無法模擬實際浙青路面材料的多軸受力狀 態(tài),而本實用新型提供的浙青混合料圓柱體試件多軸加載試驗裝置和方法,能夠很好地模 擬實際路面材料多軸受力狀態(tài),使得試件承受壓縮、拉伸、剪切的交互作用;
[0014] 2、現(xiàn)有試驗裝置與方法無法模擬一定氣壓的車輛輪胎對路面同時施加的壓力和 摩擦力,而本實用新型采用充氣的橡膠輪胎在試件中部旋轉加載,同時施加壓力和摩擦力, 更接近作用于實際路面的車輪荷載。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1為所述浙青混合料圓柱體試件多軸加載試驗裝置的結構示意圖。
[0016] 圖2為所述浙青混合料圓柱體試件的受力示意圖之一。
[0017] 圖3為所述浙青混合料圓柱體試件的受力示意圖之二。

【具體實施方式】
[0018] 下面結合具體實施例對本實用新型作進一步說明。
[0019] 實施例1
[0020] 如圖1所示,本實施例所述的浙青混合料圓柱體試件多軸加載試驗裝置,包括有 水平軸1、水平加載板2、水平導桿3、水平加載油缸4、橡膠輪胎5、液壓馬達6、鉛垂方向加 載裝置7以及機架,其中,所述水平軸1的一端通過軸承聯(lián)結在機架的第一端板8上,其另 一端通過軸承聯(lián)結在水平加載板2上,可自由轉動;所述浙青混合料圓柱體試件16的兩端 分別通過抱箍15固定在水平軸1上,并可隨水平軸1轉動,其軸線與水平軸1的軸線在同 一方向上,即處于水平位置;所述水平加載板2滑動安裝在固定于機架上的水平導桿3上, 可沿水平導桿3做水平方向運動,并可由水平加載油缸4對其加載,使其對水平軸1上的浙 青混合料圓柱體試件施加水平方向拉伸或壓縮荷載;所述水平導桿3的軸線與水平軸1的 軸線在同一方向上;所述橡膠輪胎5為充氣的橡膠輪胎,其對應設置在水平軸1的上方,可 接觸水平軸1上的浙青混合料圓柱體試件16中部的外表面,由液壓馬達6驅動通過摩擦力 推動浙青混合料圓柱體試件16隨水平軸1轉動;所述鉛垂方向加載裝置7對應設置在橡膠 輪胎5的上方,可對所述橡膠輪胎5施加鉛垂方向荷載P,從而實現(xiàn)對水平軸1上的浙青混 合料圓柱體試件施加鉛垂方向荷載P。
[0021] 所述機架包括有第一端板8、第二端板9、第三端板10、頂板11、底板12,其中,所述 第一端板8、第二端板9、第三端板10堅直擺放,并在水平軸1的軸線方向上依次間隔排開; 所述第一端板8和第二端板9之間連接有頂板11和底板12,所述第一端板8、第二端板9、 頂板11、底板12組合形成有一容置空間,所述水平軸1、橡膠輪胎5、液壓馬達6分別置于該 容置空間內,且所述水平軸1的一端通過軸承聯(lián)結在第一端板8上,其另一端穿過第二端板 9后通過軸承聯(lián)結在堅直的水平加載板2上,所述第二端板9上安裝有供水平軸1穿過的水 平限位套管13 ;所述鉛垂方向加載裝置7的下部穿過頂板11后接觸橡膠輪胎5的轉軸17, 可通過對該轉軸17施加鉛垂方向荷載,進而實現(xiàn)對橡膠輪胎5施加鉛垂方向荷載,同時所 述頂板11上安裝有供鉛垂方向加載裝置7下部穿過的鉛垂方向限位套管14,以確保鉛垂 方向加載裝置7在鉛垂方向運動;所述第二端板9和第三端板10之間連接有上下對置的水 平導桿3,所述水平加載板2的兩端通過采用水平限位套管13滑動安裝在上下對置的水平 導桿3上,以確保水平加載板2能在水平導桿16上做水平方向運動,同時所述水平加載板 2由固定在第二端板9和第三端板10上的各兩個水平加載油缸4對其加載,實現(xiàn)對水平軸 1上的浙青混合料圓柱體試件16施加水平方向拉伸或壓縮荷載。
[0022] 所述浙青混合料圓柱體試件的直徑D可以為100mm?200mm(在本實施例中具體 為100mm),其長度L可以為直徑D的1. 0?4. 0倍(在本實施例中其長度L為D的1. 0倍)。
[0023] 所述橡膠輪胎5的直徑可以為浙青混合料圓柱體試件直徑的0. 5?4倍(在本實 施例中為0. 5倍),輪胎壓力為0. 5?1. 5MPa(在本實施例中具體為0. 5MPa),胎面寬度為 5?50mm (在本實施例中具體為5mm)。
[0024] 所述浙青混合料圓柱體試件可以采用擊實法、靜壓法或旋轉壓實法制作;或是采 用在輪碾法制作的板塊狀試件中鉆取的圓柱體試件;或是采用在路面中鉆取圓柱體的芯 樣。而在本實施例中是具體采用旋轉壓實法制作而成。
[0025] 如圖2和圖3所示,所述橡膠輪胎5帶動浙青混合料圓柱體試件16轉動,所述浙 青混合料圓柱體試件16受到橡膠輪胎5的表面摩擦力和鉛垂方向的壓力P作用,同時,浙 青混合料圓柱體試16受到水平方向壓縮或拉伸荷載Q作用;所述橡膠輪胎5對浙青混合料 圓柱體試件16施加壓力P、水平軸1、橡膠輪胎5的轉軸17均在同一平面內。其中,橡膠輪 胎5的轉軸17與水平軸1平行;壓力P垂直于水平軸1。
[0026] 以下為本實施例所述浙青混合料圓柱體試件多軸加載試驗裝置的試驗方法,其具 體情況如下:
[0027] 1)測定浙青混合料圓柱體試件所能承受的最大拉伸或壓縮荷載,試驗溫度為 0°C?30°C (在本實施例中具體為0°C ),采用與多軸加載試驗相同直徑和長度的浙青混合 料圓柱體試件,測定其能承受的最大拉伸和壓縮荷載M,其中,最大拉伸荷載為38kN,最大 壓縮荷載為97kN。
[0028] 2)在水平軸1上安裝浙青混合料圓柱體試件16,采用與步驟1)相同的試驗溫 度,將試驗室的環(huán)境溫度控制在試驗溫度±0. l°c范圍內,加載前,保溫時間為90min? 120min(在本實施例中具體為90min)。
[0029] 3)通過水平加載油缸4對水平加載板2加載,從而通過水平軸1對浙青混合料圓 柱體試件16施加水平方向拉伸或壓縮荷載Q (在本實施例具體是施加水平方向拉伸),Q的 取值為Μ的0. 1?0. 8倍(在本實施例中具體為0. 1倍)。
[0030] 4)通過鉛垂方向加載裝置7在橡膠輪胎5上施加鉛垂方向荷載Ρ,從而使施加的 鉛垂方向荷載P能夠作用在浙青混合料圓柱體試件16的中部位置,P的取值為Q的0. 1? 〇. 7倍(在本實施例中具體為0. 1倍)。
[0031] 5)啟動液壓馬達6,使橡膠輪胎5隨水平軸1單向旋轉,轉速為lr/s?100r/S (在 本實施例中具體為lr/s)。
[0032] 6)當浙青混合料圓柱體試件16轉動10000圈數(shù)后,測量所述浙青混合料圓柱體試 件中部加載位置的直徑,計算直徑變化率,而加載后試件中部直徑的變化百分率計算公式 為:100% X加載預設次數(shù)后加載位置試件直徑/加載前試件直徑;同時,測量所述浙青混 合料圓柱體試件長度,計算加載后試件長度的變化率,而加載后試件長度變化百分率計算 公式為:100% X加載預設次數(shù)后試件長度/加載前試件長度,試驗結果如見下表1所示。
[0033] 實施例2
[0034] 與實施例1不同的是本實施例所述浙青混合料圓柱體試件的直徑D為200mm,其長 度L為D的4. 0倍。所述橡膠輪胎5的直徑為浙青混合料圓柱體試件直徑的4倍,輪胎壓 力為1. 5MPa,胎面寬度為50mm。所述浙青混合料圓柱體試件采用在輪碾法制作的板塊狀試 件中鉆取的圓柱體試件。
[0035] 本實施例所述浙青混合料圓柱體試件多軸加載試驗裝置的試驗方法,其具體情況 如下:
[0036] 1)測定浙青混合料圓柱體試件所能承受的最大拉伸或壓縮荷載,試驗溫度為 30°C,采用與多軸加載試驗相同直徑和長度的浙青混合料圓柱體試件,測定其能承受的最 大拉伸和壓縮荷載M,其中,最大拉伸荷載為521N ;最大壓縮荷載為1654N。
[0037] 2)在水平軸1上安裝浙青混合料圓柱體試件16,采用與步驟1)相同的試驗溫度, 將試驗室的環(huán)境溫度控制在試驗溫度±0. 1°C范圍內,加載前,保溫時間為120min。
[0038] 3)通過水平加載油缸4對水平加載板2加載,從而通過水平軸1對浙青混合料圓 柱體試件16施加水平方向拉伸荷載Q,Q的取值為Μ的0. 8倍。
[0039] 4)通過鉛垂方向加載裝置7在橡膠輪胎5上施加鉛垂方向荷載Ρ,從而使施加的 鉛垂方向荷載Ρ能夠作用在浙青混合料圓柱體試件16的中部位置,Ρ的取值為Q的0. 7倍。
[0040] 5)啟動液壓馬達6,使橡膠輪胎5隨水平軸1單向旋轉,轉速為100r/S。
[0041] 6)當浙青混合料圓柱體試件16轉動5000圈數(shù)后,測量所述浙青混合料圓柱體試 件中部加載位置的直徑,計算直徑變化率,而加載后試件中部直徑的變化百分率計算公式 為:100% X加載預設次數(shù)后加載位置試件直徑/加載前試件直徑;同時,測量所述浙青混 合料圓柱體試件長度,計算加載后試件長度的變化率,而加載后試件長度變化百分率計算 公式為:100% X加載預設次數(shù)后試件長度/加載前試件長度,試驗結果如見下表1所示。
[0042] 實施例3
[0043] 與實施例1不同的是本實施例所述浙青混合料圓柱體試件的直徑D為100mm,其長 度L為D的4. 0倍。所述橡膠輪胎5的直徑為浙青混合料圓柱體試件直徑的0. 5倍,輪胎 壓力為1. 5MPa,胎面寬度為5_。所述浙青混合料圓柱體試件采用在路面中鉆取圓柱體的 芯樣。
[0044] 本實施例所述浙青混合料圓柱體試件多軸加載試驗裝置的試驗方法,其具體情況 如下:
[0045] 1)測定浙青混合料圓柱體試件所能承受的最大拉伸或壓縮荷載,試驗溫度為 30°C,采用與多軸加載試驗相同直徑和長度的浙青混合料圓柱體試件,測定其能承受的最 大拉伸和壓縮荷載M。
[0046] 2)在水平軸1上安裝浙青混合料圓柱體試件16,采用與步驟1)相同的試驗溫度, 將試驗室的環(huán)境溫度控制在試驗溫度±0. l°c范圍內,加載前,保溫時間為90min。
[0047] 3)通過水平加載油缸4對水平加載板2加載,從而通過水平軸1對浙青混合料圓 柱體試件16施加水平方向拉伸荷載Q,Q的取值為Μ的0. 1倍。
[0048] 4)通過鉛垂方向加載裝置7在橡膠輪胎5上施加鉛垂方向荷載Ρ,從而使施加的 鉛垂方向荷載Ρ能夠作用在浙青混合料圓柱體試件16的中部位置,Ρ的取值為Q的0. 7倍。
[0049] 5)啟動液壓馬達6,使橡膠輪胎5隨水平軸1單向旋轉,轉速為lr/s。
[0050] 6)當浙青混合料圓柱體試件16轉動2000圈數(shù)后,測量所述浙青混合料圓柱體試 件中部加載位置的直徑,計算直徑變化率,而加載后試件中部直徑的變化百分率計算公式 為:100% X加載預設次數(shù)后加載位置試件直徑/加載前試件直徑;同時,測量所述浙青混 合料圓柱體試件長度,計算加載后試件長度的變化率,而加載后試件長度變化百分率計算 公式為:100% X加載預設次數(shù)后試件長度/加載前試件長度,試驗結果如見下表1所示。
[0051] 表1-各實施例的試驗結果
[0052]

【權利要求】
1. 一種浙青混合料圓柱體試件多軸加載試驗裝置,其特征在于:包括有水平軸(1)、水 平加載板(2)、水平導桿(3)、水平加載油缸(4)、橡膠輪胎(5)、液壓馬達¢)、鉛垂方向加載 裝置(7)以及機架,其中,所述水平軸(1)的一端通過軸承聯(lián)結在機架的第一端板(8)上, 其另一端通過軸承聯(lián)結在水平加載板(2)上,可自由轉動;所述浙青混合料圓柱體試件固 定在水平軸(1)上,并可隨水平軸(1)轉動,其軸線與水平軸(1)的軸線在同一方向上;所 述水平加載板(2)滑動安裝在固定于機架上的水平導桿(3)上,可沿水平導桿(3)做水平 方向運動,并可由水平加載油缸(4)對其加載,使其對水平軸(1)上的浙青混合料圓柱體 試件施加水平方向拉伸或壓縮荷載;所述水平導桿(3)的軸線與水平軸(1)的軸線在同一 方向上;所述橡膠輪胎(5)設置在水平軸(1)的上方,可接觸水平軸(1)上的浙青混合料 圓柱體試件的外表面,由液壓馬達(6)驅動通過摩擦力推動浙青混合料圓柱體試件隨水平 軸(1)轉動;所述鉛垂方向加載裝置(7)設置在橡膠輪胎(5)的上方,可對所述橡膠輪胎 (5)施加鉛垂方向荷載,從而實現(xiàn)對水平軸(1)上的浙青混合料圓柱體試件施加鉛垂方向 荷載。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種浙青混合料圓柱體試件多軸加載試驗裝置,其特征在 于:所述機架包括有第一端板(8)、第二端板(9)、第三端板(10)、頂板(11)、底板(12),其 中,所述第一端板(8)、第二端板(9)、第三端板(10)堅直擺放,并在水平軸(1)的軸線方向 上依次間隔排開;所述第一端板(8)和第二端板(9)之間連接有頂板(11)和底板(12),并 組合形成有一容置空間,所述水平軸(1)、橡膠輪胎(5)、液壓馬達(6)分別置于該容置空間 內,且所述水平軸(1)的一端通過軸承聯(lián)結在第一端板(8)上,其另一端穿過第二端板(9) 后通過軸承聯(lián)結在堅直的水平加載板(2)上;所述鉛垂方向加載裝置(7)的下部穿過頂板 (11)來對橡膠輪胎(5)施加鉛垂方向荷載;所述第二端板(9)和第三端板(10)之間連接有 上下對置的水平導桿(3),所述水平加載板(2)滑動安裝在該上下對置的水平導桿(3)上, 并由固定在第二端板(9)和第三端板(10)上的多個水平加載油缸(4)對其加載。
3. 根據(jù)權利要求1所述的一種浙青混合料圓柱體試件多軸加載試驗裝置,其特征在 于:所述浙青混合料圓柱體試件的直徑D為100mm?200mm,其長度L為直徑D的1. 0?4. 0 倍。
4. 根據(jù)權利要求1所述的一種浙青混合料圓柱體試件多軸加載試驗裝置,其特征在 于:所述橡膠輪胎(5)的直徑為浙青混合料圓柱體試件直徑的0.5?4倍,輪胎壓力為 0· 5?1. 5MPa,胎面寬度為5?50mm。
5. 根據(jù)權利要求1所述的一種浙青混合料圓柱體試件多軸加載試驗裝置,其特征在 于:所述浙青混合料圓柱體試件的兩端分別通過抱箍(15)固定在水平軸(1)上。
6. 根據(jù)權利要求1或4所述的一種浙青混合料圓柱體試件多軸加載試驗裝置,其特征 在于:所述橡膠輪胎(5)為充氣的橡膠輪胎。
7. 根據(jù)權利要求2所述的一種浙青混合料圓柱體試件多軸加載試驗裝置,其特征在 于:所述水平加載板⑵的兩端通過采用水平限位套管(13)滑動安裝在上下對置的水平導 桿(3)上,以使其能在水平導桿(3)上做水平方向運動。
8. 根據(jù)權利要求2所述的一種浙青混合料圓柱體試件多軸加載試驗裝置,其特征在 于:所述第二端板(9)上安裝有供水平軸(1)穿過的水平限位套管(13);所述頂板(11)上 安裝有供鉛垂方向加載裝置(7)下部穿過的鉛垂方向限位套管(14)。
【文檔編號】G01N3/02GK203869955SQ201420211203
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年4月28日 優(yōu)先權日:2014年4月28日
【發(fā)明者】葛折圣, 李輝, 王洋洋, 舒立恒 申請人:華南理工大學
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