一种复合式路面应力吸收夹层应力扩散性能研究装置

摘要

本发明公开了一种复合式路面应力吸收夹层应力扩散性能研究装置，包括外壳，试样机构、变形测试机构和剪力施加机构，试样机构包括垫层、水泥混凝土层、应力吸收夹层和沥青加铺层，变形测试机构包括竖直变形测量仪和水平变形测量仪，水平变形测量仪有两对，其中一对水平变形测量仪用于测试沥青加铺层的水平变形，另一对水平变形测量仪用于测试水泥混凝土层的水平变形，竖直变形测量仪用于试样机构竖直方向上的变形，剪力施加机构包括压力泵、剪力杆和剪力杆压头，压力泵固定在外壳上，剪力杆与压力泵连接，剪力杆与剪力杆压头连接，水泥混凝土层上设有预留裂缝。该装置结构简单，操作简便，造价低廉，能够实现应力吸收夹层应力扩散性能的定量评价。

说明书

技术领域

本发明涉及道路工程性能测试技术领域，具体涉及一种复合式路面应力吸收夹层应 力扩散性能研究装置。

背景技术

沥青混凝土路面和水泥混凝土路面是我国高等级公路的主要类型。虽然水泥路面具 有刚度大、稳定性好、使用寿命长、抗疲劳特性好、养护费用少和施工取材更方便等优 点，但据不完全统计，在我国高等级路面中水泥混凝土路面里程与公路总里程的比例还 不到5％，并且每年都呈现递减的趋势。多数水泥路面集中在乡村道路，而在城市道路改 造工程中，逐步被白加黑技术所取代。在旧水泥混凝土路面加铺或者新建水泥混凝土路 面接缝处理过程中，新旧裂缝处治技术将严重地影响日后道路的使用性能，现有裂缝处 治技术包括全幅铺装的应力吸收膜、应力吸收层、土工织物夹层，以及条带状的应力吸 收带、抗裂贴等，这些技术都已经应用于实体工程，对复合式路面预防裂缝反射取得了 一定的功效。现有评价裂缝反射防治技术的手段主要有剪切疲劳试验、弯曲-拉伸疲劳 试验等，从传统材料的材料方面对应力吸收夹层的性能进行扩散，这些手段都难以模拟 复合式路面的层间接触、接缝竖向粘结问题。同时，针对应力吸收夹层结构方面对应力 扩散性能评价的参数和设备还未见相关研究。

为了更加有效的模拟复合式路面应力吸收夹层的受力特性，对应力吸收夹层设计时 提供有力参考，故急需开发一种复合式路面应力吸收层应力扩散性能研究设备，对不同 结构组成下的应力吸收夹层应力扩散性能进行研究。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种复合式路面应力吸收夹层应 力扩散性能研究装置，该装置结构简单，操作简便，造价低廉，能够有效地模拟、测试 加铺层组合下的应力吸收夹层的应力扩散性能，实现应力吸收夹层应力扩散性能的定量 评价。

实现本发明上述目的所采用的技术方案为：

一种复合式路面应力吸收夹层应力扩散性能研究装置，至少包括外壳，试样机构、 变形测试机构和剪力施加机构，外壳至少底部和顶部，外壳的底部为底板，试样机构整 体呈长方体状，试样机构包括垫层、水泥混凝土层、应力吸收夹层和沥青加铺层，垫层 铺设在外壳底板的中央，垫层上从下到上依次铺设水泥混凝土层、应力吸收夹层和沥青 加铺层，变形测试机构包括竖直变形测量仪、水平变形测量仪A、水平变形测量仪B、 水平变形测量仪C和水平变形测量仪D，水平变形测量仪A和水平变形测量仪B对称 地安装在沥青加铺层宽度方向的两侧壁的外侧，水平变形测量仪A和水平变形测量仪B 的位移探头分别与沥青加铺层宽度方向的两侧壁的中央接触，水平变形测量仪C和水平 变形测量仪D对称地安装在水泥混凝土层宽度方向的两侧壁的外侧，水平变形测量仪C 和水平变形测量仪D的位移探头分别与水泥混凝土层宽度方向的两侧壁的中央接触，剪 力施加机构包括压力泵、剪力杆和剪力杆压头，压力泵固定在外壳顶部外侧的中央，剪 力杆的上端穿过外壳顶部与压力泵压头连接，剪力杆压头为呈长条状的三棱柱，且剪力 杆压头的底面为等腰三角形，剪力杆压头上与剪力杆压头底面的顶角相连的侧棱与沥青 加铺层接触，剪力杆的下端与剪力杆压头上与剪力杆压头底面两底角相连的侧面的中央 部位固定连接，水泥混凝土层的中央在竖直方向上设有预留裂缝，预留裂缝与剪力杆压 头的竖直方向的对称面在同一个水平面上，竖直变形测量仪固定在外壳顶部上，竖直变 形测量仪的位移探头与剪力杆压头的顶面接触。

外壳还包括四根支撑柱，外壳的顶部为平台，平台通过四根支撑柱固定在底板上。

底板上固定有两变形测量仪支撑杆，两变形测量仪支撑杆对称地设置于试样机构宽 度方向两侧壁的外侧，水平变形测量仪A和水平变形测量仪C固定在其中一个变形测 量仪支撑杆上，水平变形测量仪B和水平变形测量仪D固定在另一个变形测量仪支撑 杆上。

本发明与现有技术相比，其有益效果和优点在于：

1、该装置是基于压力传递进行的抗剪、抗拉性能测试，通过测试结果评价应力吸收 夹层的层间抗拉和抗剪性能。

2、该装置可以对不同结构组合的复合式路面进行抗裂性能评价，直接指导复合式 路面裂缝处的设计与施工。

3、该装置在模拟测试荷载作用下，测试复合式路面的沥青加铺层、水泥混凝土层 的水平、竖直位移差距，通过测试不同结构组合的试样的水平和竖直变形情况，可间接 地对应力吸收夹层疲劳性能进行评价。

附图说明

图1为本发明提供的复合式路面应力吸收夹层应力扩散性能研究装置的结构示意 图。

图2为图1的左视图。

其中，1-底板、2-支撑柱、3-平台、4-垫层、5-水泥混凝土层、6-应力吸收夹层、 7-沥青加铺层、8-变形测量仪支撑杆、9-水平变形测量仪A、10-竖直变形测量仪、11- 压力泵、12-剪力杆、13-外壳、14-减压杆压头、15-预留裂缝、16-水平变形测量仪B、 17-水平变形测量仪C、18-水平变形测量仪D。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行具体说明。

本发明提供的复合式路面应力吸收夹层应力扩散性能研究装置的结构如图1和图2 所示，该装置至少包括外壳13，试样机构、变形测试机构和剪力施加机构。外壳包括底 板1、平台3和四根支撑柱2，平台3通过四根支撑柱2固定在底板1上，四根支撑柱2 的下端分别固定在底板上，上端分别固定在平台上。

试样机构整体呈长方体状，试样机构包括垫层4、水泥混凝土层5、应力吸收夹层6 和沥青加铺层7，垫层4铺设在外壳13的底板1的中央，垫层4上从下到上依次铺设水 泥混凝土层5、应力吸收夹层6和沥青加铺层7。

剪力施加机构包括压力泵11、剪力杆12和剪力杆压头14，压力泵11固定在平台3 上表面的中央，剪力杆12的上端穿过平台3与压力泵压头连接。剪力杆压头14为呈长 条状的三棱柱，且剪力杆压头的底面为等腰三角形，剪力杆压头14上与剪力杆压头底 面的顶角相连的侧棱与沥青加铺层接触，剪力杆12的下端与剪力杆压头上与剪力杆压 头底面两底角相连的侧面的中央部位连接，且剪力杆压头14上与剪力杆压头底面两底 角相连的侧面水平放置。

变形测试机构包括竖直变形测量仪、水平变形测量仪A9、水平变形测量仪B16、水 平变形测量仪C17和水平变形测量仪D18。水平变形测量仪A9和水平变形测量仪B16 对称地安装在沥青加铺层宽度方向的两侧壁的外侧，水平变形测量仪A9和水平变形测 量仪B16的位移探头分别与沥青加铺层宽度方向的两侧壁的中央接触，水平变形测量仪 C17和水平变形测量仪D18对称地安装在水泥混凝土层宽度方向的两侧壁的外侧，水平 变形测量仪C和水平变形测量仪D的位移探头分别与水泥混凝土层宽度方向的两侧壁 的中央接触。本实施例中，水平变形测量仪A、水平变形测量仪B、水平变形测量仪C 和水平变形测量仪D的安装方式如下：在底板上固定安装两变形测量仪支撑杆8，两变 形测量仪支撑杆8对称地设置于试样机构宽度方向两侧壁的两侧，水平变形测量仪A和 水平变形测量仪C固定在其中一个变形测量仪支撑杆上，水平变形测量仪B和水平变 形测量仪D固定在另一个变形测量仪支撑杆上。本实施例中，水平变形测量仪是通过变 形测量仪支撑杆支撑安装的，也可以采用其他的一些固定和安装方式。竖直变形测量仪 固定在外壳顶部上，竖直变形测量仪的位移探头与剪力杆压头的顶面接触。

水泥混凝土层的中央在竖直方向上设有预留裂缝15，预留裂缝15与剪力杆压头竖 直方向的对称面在同一个水平面上。

本发明提供的复合式路面应力吸收夹层应力扩散性能研究装置的制作和使用方法如 下：

1)首先铺筑水泥混凝土层，在水泥混凝土层开设预留裂缝，然后按照设计的厚度铺 筑应力吸收夹层，确保应力吸收夹层的材料完全填充水泥混凝土板的预留裂缝中，加铺 柔性沥青加铺层，碾压成型，降温至室温，试样机构主体制作完成。

2)将底板、支撑柱和平台按照设计要求安装好，外壳制作完成，然后安装压力泵、 剪力杆和剪力杆压头，再在底板上铺设垫层，将试样机构主体放置在垫层上，调节剪力 杆，使剪力杆压头接触沥青加铺层。

3)先将两变形测量仪支撑杆安装在底板上，然后将4个水平变形测量仪固定在试样 机构宽度方向两侧壁的外侧，再安装竖直变形测量仪。

4)开启压力泵，对试样机构加压，在加压过程中记录水平变形测量仪和竖直变形测 量仪的变化值，从而评价应力吸收夹层的层间抗拉和抗剪性能。