一种路面半刚性基层材料三向独立加载试验方法及装置

1.一种路面半刚性基层材料三向独立加载试验装置，其特征在于，包括台座、立柱、水平方向液压缸固定框架、Z方向液压缸固定上板、Z方向液压缸固定下板以及6个带活塞杆的液压缸；
立柱为4根，4根立柱呈竖直方向设置在台座上；Z方向液压缸固定上板、水平方向液压缸固定框架和Z方向液压缸固定下板自上而下依次固定在立柱上，所述的水平方向包括三维空间中的X方向和Y方向；
水平方向液压缸固定框架为中空的六面均为矩形的无盖、无底的六面体，由4个竖直板组成；水平方向液压缸固定框架的中空部分为用于放置待测试件的压力室；Z方向液压缸固定上板、Z方向液压缸固定下板以及水平方向液压缸固定框架的4个竖直板上均设有预留孔；所述的待测试件为正方体形路面半刚性基层材料试件；
6个所述的活塞杆分别通过6个预留孔伸入到压力室中，每一根活塞杆的端部固定有一个用于向待测试件加载的加载板；
所述的台座为方形台座或圆形台座；
所述6个液压缸根据X、Y和Z方向分为三组，每一组的两个液压缸由同一个液压泵驱动；
加载板表面与试件表面之间涂刷有黏结材料层；
所述的黏结材料层为环氧树脂层。
2.一种路面半刚性基层材料三向独立加载试验方法，其特征在于，在固定在台座上的
4根立柱上设置一个方形的压力室，该压力室的4个侧壁为4块竖直板；在压力室的上方和下方分别以水平方向设置有Z方向液压缸固定上板和Z方向液压缸固定下板；Z方向液压缸固定上板和Z方向液压缸固定下板均固定在所述的4根立柱上；
Z方向液压缸固定上板、Z方向液压缸固定下板以及4个竖直板上均设有预留孔，预留孔总计为6个；
6个气缸的活塞杆分别通过6个预留孔伸入到压力室中，每一根活塞杆的端部固定有一个加载板；气缸通过活塞杆及加载板向待测试件的六个面加载；所述的待测试件为正方体形路面半刚性基层材料试件，所述的加载为施加压力或拉力；
所述6个液压缸根据X、Y和Z方向分为三组，每一组的两个液压缸由同一个液压泵驱动，以保证每一个对向的2个力大小相等，方向相反；
需要向待测试件施加拉力时，在加载板表面与待测试件表面之间涂刷黏结材料；
所述的黏结材料为环氧树脂。

一种路面半刚性基层材料三向独立加载试验方法及装置\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种路面半刚性基层材料三向独立加载试验方法及装置。\n背景技术\n[0002] 在我国，无论沥青路面还是水泥路面，半刚性材料都是基层首选和主流材料，如水泥稳定碎石。开裂是沥青路面的主要病害，但一直没有得到彻底解决，究其原因，其中一个很重要的因素是对半刚性基层材料的强度特性认识不够深入。\n[0003] 我国的沥青路面设计方法要求验算半刚性基层层底的弯拉应力，如果计算得到的弯拉应力超过材料的疲劳强度，则认为半刚性基层层底会产生开裂，其中的“疲劳强度”由半刚性基层材料的单向抗拉极限强度计算得到(这其实对应古典强度理论中的第一强度理论--最大拉应力理论)。但是，在汽车荷载作用下半刚性基层并不是处于单向应力状态，结构破坏原因并不能简单地以半刚性基层材料承受的单向应力过大来解释。其实，第一强度理论已被工程力学界证实其适用范围有限，并不能反映工程结构的实际受力状态。但由于种种原因，道路工程界尚没有开展相应研究，也没有开发出模拟路面实际受力状态的真三轴试验设备。\n发明内容\n[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种路面半刚性基层材料三向独立加载试验方法及装置，该路面半刚性基层材料三向独立加载试验装置，结构简单，易于实施，适合对路面半刚性基层材料实现三向独立加载。\n[0005] 发明的技术解决方案如下：\n[0006] 一种路面半刚性基层材料三向独立加载试验装置，包括台座、立柱、水平方向液压缸固定框架、Z方向液压缸固定上板、Z方向液压缸固定下板以及6个带活塞杆的液压缸；\n[0007] 立柱为4根，4根立柱呈竖直方向设置在台座上；Z方向液压缸固定上板、水平方向液压缸固定框架和Z方向液压缸固定下板自上而下依次固定在立柱上，所述的水平方向包括三维空间中的X方向和Y方向；\n[0008] 水平方向液压缸固定框架为中空的六面均为矩形的无盖、无底的六面体，由4个竖直板组成；水平方向液压缸固定框架的中空部分为用于放置待测试件的压力室；Z方向液压缸固定上板、Z方向液压缸固定下板以及水平方向液压缸固定框架的4个竖直板上均设有预留孔；所述的待测试件为路面半刚性基层材料试件；\n[0009] 6个所述的活塞杆分别通过6个预留孔伸入到压力室中，每一根活塞杆的端部固定有一个用于向待测试件加载的加载板；\n[0010] 所述的台座为方形台座或圆形台座；通过加载板既可以向待测试件施加压力，也可以施加拉力。\n[0011] 所述6个液压缸根据X、Y和Z方向分为三组，每一组的两个液压缸由同一个液压泵驱动。\n[0012] 加载板表面与试件表面之间涂刷有黏结材料层。\n[0013] 所述的黏结材料层为环氧树脂层。\n[0014] 一种路面半刚性基层材料三向独立加载试验方法，在固定在台座上的4根立柱上设置一个方形的压力室，该压力室的4个侧壁为4块竖直板；在压力室的上方和下方分别以水平方向设置有Z方向液压缸固定上板和Z方向液压缸固定下板；Z方向液压缸固定上板和Z方向液压缸固定下板均固定在所述的4根立柱上；\n[0015] Z方向液压缸固定上板、Z方向液压缸固定下板以及4个竖直板上均设有预留孔，预留孔总计为6个；\n[0016] 6个气缸的活塞杆分别通过6个预留孔伸入到压力室中，每一根活塞杆的端部固定有一个加载板；气缸通过活塞杆及加载板向待测试件的六个面加载；所述的待测试件为路面半刚性基层材料试件，所述的加载为施加压力或拉力。\n[0017] 所述6个液压缸根据X、Y和Z方向分为三组，每一组的两个液压缸由同一个液压泵驱动，以保证每一个对向的2个力大小相等，方向相反。\n[0018] 需要向待测试件施加拉力时，在加载板表面与待测试件表面之间涂刷黏结材料。\n[0019] 所述的黏结材料为环氧树脂。\n[0020] 有益效果：\n[0021] 本发明的路面半刚性基层材料三向独立加载试验方法及装置，设计了X、Y、Z方向的独立加载装置，能够完成路面半刚性基层材料的三向拉压组合加载测试，由于能真实反映在载荷状态下路面结构内部的受力情况，从而使得测试结果较之现有的测试设备更有意义；另外，本发明的反力架的整体结构简单，易于实施，便于推广应用。\n[0022] 在压力室空间范围内能够改变待测试试件的尺寸(相应地需要改变加载板的尺寸)，这样就能够对比分析路面半刚性基层材料试件大小对试验结果的影响，便于通过考虑尺寸效应来提高试验精度。\n[0023] 可以通过调整液压缸进油或回油速度来改变各个方向的加载速度，来对比分析加载速度对试验结果的影响，并提高试验精度。\n附图说明\n[0024] 图1为本发明加载产生的应力效果示意图；\n[0025] 图2为反力架示意图；\n[0026] 图3为σ1方向(即Z方向)液压缸加载示意图；\n[0027] 图4为σ2、σ3方向(即X和Y方向)液压缸加载示意图；\n[0028] 图5为活塞头与压板联结方式及压力和拉力施加方式示意图。\n[0029] 标号说明：1.Z方向液压缸固定上板；2.水平方向液压缸固定框架；3.Z方向液压缸固定下板；4.立柱；5.台座；6.压力室；7.用于活塞杆穿行的预留孔；11.试件；12.加载板；13.定位螺栓；14.活塞头；15.液压缸。\n具体实施方式\n[0030] 以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：\n[0031] 总体上，本发明设备由两部分组成：反力架和液压系统。反力架采用高强合金钢制作，联成一整体并通过地脚螺栓固定在地面。为实现独立加载，三向荷载σ1、σ2、σ3分别由三套各自独立的液压系统提供，每套液压系统的液压泵产生的压力油注入相对向的2个液压缸(外挂在反力架的预留孔处)，推动液压缸的活塞杆从预留孔中伸入压力室内，通过压板(即加载板)与路面半刚性基层材料试件(位于压力室正中心)接触并施加压力/拉力。由于对向的2个液压缸的油来自同一个液压泵，而且反力架结构紧凑、所用材料强度高，这样可以保证对向的2个力大小相等，方向相反。由于活塞头端部是圆形的，且面积较小，不便于直接顶在沥青混合料试件上；故本发明在活塞头套上一个方形的加载板(可以根据需要订制不同尺寸板)，两者之间通过定位螺钉固定；如果需要施加压力，则将加载板直接顶在试件上；如果需要施加拉力，则在加载板表面与试件表面之间涂刷黏结材料，如环氧树脂。\n[0032] 一种路面半刚性基层材料三向独立加载试验方法及装置，包括台座、立柱、水平方向液压缸固定框架、Z方向液压缸固定上板、Z方向液压缸固定下板以及6个带活塞杆的液压缸；\n[0033] 立柱为4根，竖直方向设置在台座上；Z方向液压缸固定上板、水平方向液压缸固定框架和Z方向液压缸固定下板自上而下依次固定在立柱上，所述的水平方向包括三维空间中的X方向和Y方向；\n[0034] 水平方向液压缸固定框架为中空的六面均为矩形的无盖、无底的六面体，由4个竖直板组成；水平方向液压缸固定框架的中空部分为用于放置待测试件的压力室；Z方向液压缸固定上板、Z方向液压缸固定下板以及水平方向液压缸固定框架的4个竖直板上均设有预留孔；\n[0035] 6个所述的活塞杆分别通过6个预留孔伸入到压力室中，每一根活塞杆的端部固定有一个用于向待测试件加载的加载板，通过加载板既可以向待测试件施加压力，也可以施加拉力。\n[0036] 若要施加拉力，则需要在加载板表面与试件表面之间涂刷有黏结材料层。\n[0037] 所述的黏结材料层为环氧树脂层。\n[0038] 所述6个液压缸根据X、Y和Z方向分为三组，每一组的两个液压缸由同一个液压泵驱动。\n[0039] 实施例1：\n[0040] 以三向压缩试验为例，试验前准备好正方体形状路面半刚性基层材料试件。在6个液压缸的活塞杆端部套上加载板，并用定位螺钉固定。将试件放入压力室内，置于图3中底部的那块加载板上(如果是要施加拉力，则需要在加载板表面与试件表面之间涂刷黏结材料)，并严格定位，保证试件每个面与相应的加载板面平行且对中。启动液压系统，按照预先制订的加载方案控制各向的加载速度；在油压的推动下，加载板与试件接触并产生压强，直至试件破坏为止。