室内沥青路面结构层承载能力测试装置

摘要

一种室内沥青路面结构层承载能力测试装置，在混凝土底座上的左侧设左支柱、右侧设右支柱，左支柱与右支柱之间设上端通过水平转轴与加载梁联接的支点柱，加载梁上设置安装在丝杠左支座和丝杠右支座上的丝杠，加载梁上的右端设步进电机，步进电机的输出轴通过联轴器与丝杠联接，在丝杠上设装有活动配重块的配重块底座，加载梁的下表面设与高度调节螺杆联接的联接座，力传感器设置在与承载架联接的球形支座上，在混凝土底座上设置有环境箱、计算机、可编程控制器。本发明具有设计合理、结构简单、使用方便、所测数据准确、全面、自动化程度高等优点。可用于测试沥青路面结构层承载力，确定沥青路面所用材料、结构层之间组合、结构层厚度。

说明书

技术领域

本发明属于道路或其它类似构筑物铺面的铺筑、修复用的机器、工具或辅助设备技术领域，具体涉及到室内沥青路面结构层承载能力测试装置。

背景技术

沥青路面是我国的公路建设中的主要路面类型，到2003年底，我国公路总里程已突破180万公里，其中沥青路面达130万公里。随着公路交通的发展，全国将形成沥青路面为主的公路网络。沥青路面由不同路面材料分层铺筑而成，在沥青路面的设计过程中，需要考虑沥青路面各结构层材料的组成、结构层之间的组合以及各结构层厚度，以确保沥青路面在各种环境条件下具有足够的承载能力，满足车行车荷载的要求。对于沥青道路的承载能力，可以通过在一定温度、一定含水量和一定作用力的条件下，沥青路面垂直的竖直变形情况来确定。沥青路面力学计算和使用经验表明：在相同荷载条件下路表垂直变形较小的路面结构具有较高的承载能力，反之则承载能力较低。

目前的沥青路面设计主要考虑路面各结构层所用材料的配比，各结构层之间的组合往往凭经验来确定，各结构层的厚度通过理论计算得到。公路建设耗资巨大，在沥青路面各结构层所用材料及其配比确定之后，若能在室内成型路面结构层试件，开展路面结构层承载能力测试，对设计中确定的沥青路面所用材料、各结构层之间组合、各结构层厚度进行检验、对比，提出合理的改进措施，对提高沥青路面的使用寿命和使用品质有非常重要的意义。然而，由于没有相应的室内测试设备和测试方法，目前路面设计人员很难通过室内试验知道设计中选用的材料、路面结构层组合以及路面厚度是否能够满足不同交通量、不同车辆荷载以及不同自然条件下的行车要求。

目前，有在野外进行路面承载力测试的方法，测试对象为已经铺筑好的沥青路面或试验路。测试时，需要一辆载重汽车、贝克曼梁和百分表。车辆的轮胎压力和配重需按要求调整。贝克曼梁为一根长3.6米或5.4米的金属梁，其上设有触头、支座，支座设置在梁长的1/3处。测试过程中，将贝克曼梁按照与车辆行驶方向一致的方向摆放，梁的触头放置在车辆一侧双后轮的轮隙中并与路表面接触，梁的另一端与百分表接触，百分表安放在设置在路面的表架之上。测试开始后车辆向前行驶，在此过程中，贝克曼梁触头所在的路表面会发生垂直变形，这个变形量可以通过梁另一端的百分表测得，由此可以得到一定荷载下沥青路面路表的垂直变形。这种测试方法最终只能得到一个路表的垂直变形，在测试过程中无法根据要求准确地改变荷载大小和荷载施加的速度，也无法在测试过程中得到力与变形之间的变化关系，且测试过程较复杂，对测试人员要求较高，此外，测试过程中受环境影响较大，不能完成特定温度、湿度条件下路面在荷载变化下的路面垂直变形。更重要的是这种方法不适用于室内测试。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述测试装置的缺点，提供一种设计合理、结构简单、使用方便、所测数据准确、自动化程度高的室内沥青路面结构层承载能力测试装置。

解决上述技术问题所采用的技术方案是：在混凝土底座上的左侧设置有左支柱、右侧设置有右支柱，在混凝土底座上左支柱与右支柱之间设置有上端通过水平转轴与加载梁联接的支点柱，在加载梁上设置安装在丝杠左支座和丝杠右支座上的丝杠，在加载梁上的右端设置有步进电机，步进电机的输出轴通过联轴器与丝杠联接，在丝杠上设置装有活动配重块的配重块底座，在加载梁的下表面设置有与高度调节螺杆联接的联接座，力传感器设置在与承载架联接的球形支座上，在混凝土底座上设置有环境箱、计算机、可编程控制器，计算机通过电缆与力传感器和环境箱以及可编程控制器相连，可编程控制器通过导线与步进电机和环境箱相连。

本发明的环境箱为：在环境箱壳体上端设置有环境箱上盖，环境箱壳体和环境箱上盖的夹层中设置有保温层，在环境箱壳体上设置有制冷器机构，环境箱壳体内设置有加热器、喷雾器、环境箱温度传感器、环境箱湿度传感器，环境箱温度传感器、环境箱湿度传感器通过导线与计算机相连，制冷器机构、加热器和喷雾器通过导线与可编程控制器相连，在环境箱壳体内的底部设置装有沥青路面结构层试件的钢箱模，通过导线与计算机相连接的路面结构层材料温度传感器埋置在沥青路面结构层试件内，承载架设置在沥青路面结构层试件的上表面，设置在环境箱壳体内的传感器支架的两端安装在混凝土底座上，传感器支架上至少设置有一个其触头与沥青路面结构层试件上表面接触的位移传感器，位移传感器通过导线与计算机相连。

本发明的制冷器机构包括：设置在环境箱壳体外侧的制冷器和设置在环境箱壳体内的蒸发器，蒸发器通过管道与制冷器相联通，制冷器通过导线与可编程控制器相连。

本发明的承载架为：侧板的上端设置有上压板、下端设置有下压板，在下压板上加工有孔。

本发明采用杠杆原理，用配重块进行加载，通过调整配重块数量以及通过计算机、可编程控制器控制步进电机带动配重块在加载梁上以不同速度移动来调节加载过程中作用在沥青路面结构上的荷载大小以及加载速率。测试过程中力传感器、位移传感器、温度和湿度传感器将所接收到的信号转换成电信号输入计算机中，计算机对输入的信号进行数据处理，显示出试验结果，本发明配备的环境箱，可完成在不同路面温度、湿度条件下路面承载力的测试，通过对试验结果的分析可以得到不同载荷变化、不同环境条件下作用在沥青路面上荷载与路面垂直变形之间的相关关系。本发明具有设计合理、结构简单、使用方便、所测数据准确、全面、自动化程度高等优点。使用本发明开展沥青路面结构层承载力测试试验可以对初步设计中确定的沥青路面所用材料、各结构层之间组合、各结构层厚度进行检验、对比，通过室内试验判断设计中选用的材料、路面结构层组合以及路面厚度是否能够满足不同交通量、不同车辆荷载以及不同自然条件下的行车要求，借此提出合理的改进措施，最终可以得到符合要求的最佳沥青路面，对于提高沥青路面的使用寿命和使用品质有重要意义。

附图说明。

图1是本发明一个实施例的主视图。

图2是图1的俯视图。

图3是图1中环境箱8的结构示意图。

图4是承载架20的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于这些实施例。

实施例1

在图1、2中，本实施例的室内沥青路面结构层承载能力测试装置由丝杠左支座1、丝杠2、水平转轴3、转动轴4、加载梁5、高度调节螺杆6、联接座7、环境箱8、右支柱9、活动配重块10、配重块底座11、丝杠右支座12、联轴器13、步进电机14、计算机15、可编程控制器16、混凝土底座17、力传感器18、球形支座19、承载架20、支点柱21、左支柱22联接构成。

在混凝土底座17上的左侧用螺纹紧固联接件固定联接有左支柱22、右侧用螺纹紧固联接件固定联接有右支柱9，左支柱22和右支柱9用于防止在试验过程中出现意外情况。在混凝土底座17上左支柱22与右支柱8之间用螺纹紧固联接件固定联接有支点柱21，支点柱21的上端通过螺纹联接有水平转轴3，在水平转轴3的上端用转动轴4安装有加载梁5，在加载梁5上的左侧用螺纹紧固联接件固定联接有丝杠左支座1、右侧用螺纹紧固联接件固定联接有丝杠右支座12，丝杠左支座1和丝杠右支座12上安装有丝杠2，在加载梁5上的右端用螺纹紧固联接件固定联接有步进电机14，步进电机14为本发明提供动力，步进电机14的输出轴通过联轴器13与丝杠2联接，步进电机14旋转通过联轴器13带动丝杠2转动。在丝杠2上通过螺纹联接安装有配重块底座11，配重块底座11上放置有活动配重块10，活动配重块10的数量可根据试验时加载力的大小来确定，本实施例在配重块底座11上放置有3块活动配重块10，步进电机14旋转，带动丝杠2转动，使配重块底座11在加载梁5的水平方向上左右移动，来调整活动配重块10重力在加载梁5上力臂的长度。在加载梁5的下表面用螺纹紧固联接件固定联接有联接座7，联接座7上通过螺纹联接有高度调节螺杆6，在承载架20上用螺纹紧固联接件固定联接有球形支座19，球形支座19的上端安装有力传感器18，使力传感器18正好位于高度调节螺杆6的下方，本实施例的力传感器18带有A/D转换器。在混凝土底座17上安装有环境箱8、计算机15、可编程控制器16，可编程控制器16的型号为的型号为DVP14SST2，为市场销售商品，计算机15通过电缆与力传感器18和环境箱8以及可编程控制器16相连，可编程控制器16通过电缆与步进电机14相连接，步进电机14的转速由计算机15通过可编程控制器16进行控制。承载架20放置在环境箱8内。

在图3中，本实施例的环境箱8由制冷器8-1、环境箱壳体8-2、保温层8-3、环境箱上盖8-4、加热器8-5、位移传感器8-6、环境箱湿度传感器8-7、喷雾器8-8、传感器支架8-9、环境箱温度传感器8-10、蒸发器8-11、钢箱模8-12、路面材料温度传感器8-13联接构成。

在环境箱壳体8-2上端用螺纹紧固联接件固定联接有环境箱上盖8-4，环境箱壳体8-2和环境箱上盖8-4的夹层中安装有保温层8-3，保温层8-3起保温作用。在环境箱壳体8-2左侧外用螺纹紧固联接件固定安装有制冷器8-1，制冷器8-1通过导线与可编程控制器16相连。在环境箱壳体8-2内的左右两侧固定安装有蒸发器8-11，蒸发器8-11通过管道与制冷器8-1相联通，制冷器8-1、蒸发器8-11构成本发明的制冷机构，与冰箱的制冷机构相同，制冷机构工作时，环境箱8内将变为零度以下的低温状况，模拟冬天环境，制冷机构的工作状态由计算机15通过可编程控制器16控制。

在环境箱壳体8-2内的环境箱上盖8-4上固定安装有加热器8-5，加热器8-5通过导线与可编程控制器16相连。加热器8-5的线路接通或断开，由计算机15通过可编程控制器16控制，加热器8-5的线路接通时，将对环境箱8内进行加热，环境箱8内将变为高温状况，模拟夏天环境。

在环境箱壳体8-2内的环境箱上盖8-4上还固定安装有喷雾器8-8，喷雾器8-8通过导管与自来水管相联通、通过导线与可编程控制器16相连，喷雾器8-8的开、关由计算机15通过可编程控制器16控制。当喷雾器8-8喷雾时，可以增加环境湿度，模拟多雨的潮湿环境。

在环境箱壳体8-2内的上部、右侧分别安装有环境箱湿度传感器8-7和环境箱温度传感器8-10。本实施例的环境箱湿度传感器8-7、环境箱温度传感器8-10均带有A/D转换器，环境箱湿度传感器8-7和环境箱温度传感器8-10通过导线与计算机15相连接，环境箱温度传感器8-10感受环境箱8的温度转换成数字信号输出到计算机15，环境箱湿度传感器8-7感受环境箱8的湿度并转换成数字信号输出到计算机15，计算机15显示并记录环境箱8内的温度、湿度。计算机15按照事先设定温度、湿度值，通过可编程控制器16对加热器8-5、致冷器8-1以及喷雾器8-8的电路进行控制。

在环境箱壳体8-2内的底部放置有钢箱模8-12，钢箱模8-12内可放置被测试的沥青路面结构层试件8-14，在沥青路面结构层试件8-14内部放置有路面材料温度传感器8-13，路面材料温度传感器8-13带有A/D转换器，路面材料温度传感器8-13通过导线与计算机15相连接，路面材料温度传感器8-13感受沥青路面结构层试件8-14的内部温度并将其转换成数字信号输出到计算机15，计算机15显示出沥青路面结构层试件8-14的内部温度。

测试时，将承载架20放置在沥青路面结构层试件8-14的上表面，球形支座19放置在承载架20上，设置在环境箱壳体8-2内的传感器支架8-9的下端固定安装在混凝土底座17上，在传感器支架8-9上固定安装3个位移传感器8-6的触头与沥青路面结构层试件8-14上表面接触，移传感器8-6位移传感器8-6用于测定沥青路面结构层试件8-14表面的垂直变形情况。本实施例的位移传感器8-6带有A/D转换器，位移传感器8-6通过导线与计算机15相连接，位移传感器8-6接收沥青路面结构层试件8-14表面的垂直变形信号，转换成数字信号输出到计算机15，计算机15显示出沥青路面结构层试件8-14表面垂直变形情况。

在图4中，本实施例的承载架20是由上压板20-1、侧板20-2、下压板20-3联接构成。侧板20-2的上端与上压板20-1焊接联接、下端与下压板20-3焊接联接，在下压板20-3的中心位置加工有中心孔，中心孔用于将安装在传感器支架8-9上中间的位移传感器8-6放置在中心孔内。

实施例2

在本实施例中，环境箱8的传感器支架8-9上固定安装有1个位移传感器8-6。其它零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。

本发明的工作原理如下：

进行测试前，将沥青路面各结构层材料分层铺筑在钢箱模8-12中，并按要求压实，制成沥青路面结构层试件8-14，制作沥青路面结构层试件8-14的同时，将路面材料温度传感器8-13埋设在相应的结构层材料中。通过水平转轴3和转动轴4将加载梁5和配重块底座11调整到合适位置，然后将沥青路面结构层试件8-14连同钢箱模8-12一起推入环境箱8内，将位移传感器8-6、承载架20、球形支座19、力传感器18安放在沥青路面结构层试件8-14的上表面，调整高度调节螺杆6，使加载梁5处于水平状态。

确定道路所在地区沥青路面需要适应的环境，包括温度、湿度，通过计算机15和可编程控制器16设定并启动或关闭环境箱8内的加热器8-5、制冷器8-1、喷雾器8-8。当需要模拟夏天高温季节沥青路面在车辆荷载作用下表面的垂直变形情况时，接通加热器8-5的电路，加热器8-5将环境箱8内的温度加热到35～45℃；当需要模拟冬季低温季节沥青路面在车辆荷载作用下表面的垂直变形情况时，接通制冷器8-1的电路，制冷器8-1将环境箱8内的温度降到0～-20℃；当需要模拟多雨潮湿地区环境时，接通喷雾头8-8的路，喷雾头8-8向环境箱8内喷水，达到期望的湿度。环境箱温度传感器8-10、环境箱湿度传感器8-7和路面材料温度传感器8-13可以测试路面结构内部受环境箱8内温度、湿度变化的影响程度，当沥青路面结构层试件8-14的温度、湿度达到试验要求后可以开始施加荷载。

加载时将活动配重块10放置在配重块底座11上，活动配重块10的数量应按照实验时模拟车辆在沥青路面上行驶对沥青路面所加的负荷确定，接通步进电机14的电源，根据需要加载的速率由计算机15通过可编程控制器16控制步进电机14转速，步进电机14通过联轴器13带动丝杠2转动，并使配重块底座11及其上的配重块10移动，配重块底座11在加载梁5上左右移动，使得配重块底座11和放置在配重块底座11上活动配重块10与支点柱21之间的力臂发生变化，使沥青路面结构层试件8-14上的荷载发生变化。

安装在球形支座19上的力传感器18接收活动配重块10对沥青路面结构层试件8-14的变化荷载信号后进行A/D转换输出到计算机15，同时与沥青路面结构层试件8-14表面接触的位移传感器8-6接收荷载变化时沥青路面结构层试件8-14表面的垂直变形信号，经A/D转换后输出到计算机15；路面材料温度传感器8-13、环境箱温度传感器8-10和环境箱湿度传感器8-7将环境箱8和沥青路面结构层试件8-14内部的温度、湿度变化情况输入计算机15中。计算机15纪录并显示试验结果，将其储存供后期分析。