沖擊荷載作用下水泥混凝土路面動(dòng)態(tài)響應(yīng)模擬試驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種沖擊荷載作用下水泥混 凝土路面動(dòng)態(tài)響應(yīng)模擬試驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 水泥混凝土路面是我國(guó)高等級(jí)路面的重要結(jié)構(gòu)形式，具有使用壽命長(zhǎng)，養(yǎng)護(hù)工作 量小和養(yǎng)護(hù)費(fèi)用低，施工簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。20世紀(jì)80年代以來，我國(guó)的水泥混凝土路面得到迅猛 發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前，我國(guó)公路通車總里程約達(dá)500萬公里，各類等級(jí)水泥路面約占鋪裝路面 總里程70 %左右。
[0003] 由于受車輛沖擊荷載作用、路面結(jié)構(gòu)排水不暢、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不當(dāng)、施工工藝不符合規(guī) 范、材料組成不合理等原因，我國(guó)水泥混凝土路面使用狀況不佳，使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)使 用年限，路面板斷裂、脫空、唧泥等病害十分普遍。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，混凝土路面板的斷裂損壞大多 與沖擊荷載作用下基層的不良支撐狀況有關(guān)，因路面結(jié)構(gòu)差異，剛性基層與半剛性基層對(duì) 水泥混凝土面層受力影響有較大區(qū)別。剛性基層水泥混凝土路面的破壞主要是溫度翹曲應(yīng) 力與荷載應(yīng)力耦合作用的結(jié)果，而半剛性基層水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)的破壞主要是由脫空引 起的。
[0004] 為了深入挖掘水泥混凝土路面早期病害的原因，探索沖擊荷載作用下水泥路面動(dòng) 態(tài)力學(xué)響應(yīng)，分析在水泥混凝土面板和基層頂面之間設(shè)置瀝青混凝土功能層對(duì)路面結(jié)構(gòu)受 力的影響，為功能層及水泥路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供重要參考，驗(yàn)證功能層的彈性緩沖和應(yīng)力吸 收作用，可見，進(jìn)行在沖擊荷載作用下設(shè)置功能層的水泥路面動(dòng)態(tài)應(yīng)力響應(yīng)分析非常必要， 但目前缺少一種行之有效的動(dòng)態(tài)力學(xué)試驗(yàn)裝置模擬交通荷載作用下路面結(jié)構(gòu)的受力狀況。
[0005] 因此，亟需一種能夠監(jiān)控在沖擊荷載作用下水泥路面動(dòng)態(tài)力學(xué)響應(yīng)的試驗(yàn)裝置來 評(píng)價(jià)水泥路面結(jié)構(gòu)及功能層的使用效果，為路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和功能層材料組成提供有力的試 驗(yàn)依據(jù)，進(jìn)一步優(yōu)化水泥路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，降低養(yǎng)護(hù)成本，延長(zhǎng)其使用壽命，提高路面行車的 舒適性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種沖擊荷載作用下水泥混凝土路面動(dòng)態(tài)響應(yīng)模 擬試驗(yàn)裝置，可模擬在交通荷載作用下，水泥混凝土面板、瀝青混凝土功能層和基層之間的 應(yīng)力傳遞狀況和混凝土面板抗沖擊疲勞破壞過程，評(píng)價(jià)瀝青混凝土功能層對(duì)水泥混凝土路 面結(jié)構(gòu)受力的改善效果。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：
[0008] -種沖擊荷載作用下水泥混凝土路面動(dòng)態(tài)響應(yīng)模擬試驗(yàn)裝置，包括沖擊荷載試驗(yàn) 儀、模擬測(cè)試試件、試件約束裝置、動(dòng)態(tài)應(yīng)力量測(cè)設(shè)備和控制設(shè)備，所述沖擊荷載試驗(yàn)儀、動(dòng) 態(tài)應(yīng)力量測(cè)設(shè)備通過集成導(dǎo)線與控制設(shè)備相連，所述沖擊荷載試驗(yàn)儀包括設(shè)備支架、沖擊 導(dǎo)桿、沖擊橫梁、支撐架、沖擊錘系統(tǒng)、支撐架外端蓋、支撐架內(nèi)端蓋、輪胎軸及軸承、充氣膠 輪、電機(jī)、鏈條、上鏈輪、上鏈輪軸、下鏈輪、下鏈輪軸、上下鏈輪軸支架、鍥型卡塊、三角支架 和導(dǎo)桿下行限位圓盤，所述下鏈輪軸、上鏈輪軸分別通過下鏈輪軸軸承、上鏈輪軸軸承與上 下鏈輪軸支架相連，所述電機(jī)通過電機(jī)緊固螺栓及螺母固定于三角支架上，三角支架焊接 于設(shè)備支架上，電機(jī)通過聯(lián)軸器與下鏈輪軸相連，下鏈輪軸帶動(dòng)下鏈輪及鏈條轉(zhuǎn)動(dòng)，鏈條驅(qū) 動(dòng)上鏈輪及上鏈輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)，鏈條通過鏈條掛鉤引導(dǎo)沖擊錘上下運(yùn)動(dòng)，所述沖擊錘系統(tǒng)包括 沖擊錘、沖擊錘掛鉤及頂推彈簧，所述鍥型卡塊通過緊固螺釘固定于所述沖擊導(dǎo)桿上，所述 沖擊錘掛鉤垂直鑲嵌于沖擊錘內(nèi)，當(dāng)沖擊錘掛鉤行程至沖擊導(dǎo)桿的鍥型卡塊時(shí)，鍥型卡塊 推動(dòng)沖擊錘掛鉤回移，致使沖擊錘掛鉤脫離鏈條掛鉤，沖擊錘沿沖擊導(dǎo)桿自由下落，頂推彈 簧推動(dòng)沖擊錘掛鉤伸出，沖擊錘完成沖擊試驗(yàn)后，鏈條掛鉤拉動(dòng)沖擊錘向上運(yùn)動(dòng)，循環(huán)進(jìn)行 沖擊試驗(yàn)，所述充氣膠輪與輪胎軸及軸承相連，輪胎軸及軸承通過軸承頂蓋與支撐架相連， 支撐架通過螺紋與沖擊橫梁相連，輪胎軸及軸承安裝于支撐架外端蓋和支撐架內(nèi)端蓋之間 安裝固定有，沖擊橫梁通過螺紋與沖擊導(dǎo)桿相連，沖擊錘沿沖擊導(dǎo)桿上下運(yùn)動(dòng)，所述模擬測(cè) 試試件從上往下依次包括水泥混凝土板、瀝青混凝土功能層與基層，所述動(dòng)態(tài)應(yīng)力量測(cè)設(shè) 備包括水泥混凝土板底沖擊應(yīng)力傳感器、功能層層底沖擊應(yīng)力傳感器、基層中部沖擊應(yīng)力 傳感器、基層底部沖擊和應(yīng)力傳感器，所述控制設(shè)備包括控制器本體，控制器本體上設(shè)有混 凝土板底沖擊荷載應(yīng)力表、功能層層底沖擊荷載應(yīng)力表、基層中部沖擊荷載應(yīng)力表、基層底 部沖擊荷載應(yīng)力表、沖擊次數(shù)計(jì)數(shù)器和啟動(dòng)開關(guān)，所述水泥混凝土板底沖擊應(yīng)力傳感器布 置在水泥混凝土板內(nèi)，所述功能層層底沖擊應(yīng)力傳感器布置在瀝青混凝土功能層內(nèi)，所述 基層中部沖擊應(yīng)力傳感器布置在基層的中部，所述基層底部沖擊應(yīng)力傳感器布置在基層的 底部，所述混凝土板底沖擊應(yīng)力傳感器、功能層層底沖擊應(yīng)力傳感器、基層中部沖擊應(yīng)力傳 感器、基層底部沖擊應(yīng)力傳感器分別通過集成導(dǎo)線與混凝土板底沖擊荷載應(yīng)力表、功能層 層底沖擊荷載應(yīng)力表、基層中部沖擊荷載應(yīng)力表、基層底部沖擊荷載應(yīng)力表相連，所述試件 約束裝置包括側(cè)向約束水泥墩、緊固試件鋼板、緊固螺栓及螺母，所述模擬測(cè)試試件安裝于 側(cè)向約束水泥墩內(nèi)，并通過緊固試件鋼板和螺母緊固。
[0009] 優(yōu)選地，所述水泥混凝土板由水泥、水、砂、碎石澆筑并養(yǎng)生28天后所得，水泥:水： 砂:碎石質(zhì)量比為1:0.45:2.26:3.12。
[0010] 優(yōu)選地，所述瀝青混凝土功能層為AC-13型混合料，油石比為4·7%，集料10~15:5 ~10:0~5:礦粉質(zhì)量比為28:42:26:4。
[0011] 優(yōu)選地，所述基層可為剛性基層或半剛性基層，剛性基層由集料10~20、5~10、0 ~5和水泥組成，質(zhì)量配比為65:20: 5:10組成，成型時(shí)水灰比為0.5;半剛性基層由集料10~ 20、5~10、0~5、石灰、粉煤灰組成，質(zhì)量配比為60:18:5:5:12,成型時(shí)摻水量為5%。
[0012] 優(yōu)選地，所述沖擊錘重20kg，上下行程為lm。
[0013] 優(yōu)選地，所述充氣膠輪直徑為20cm，寬5cm。
[0014] 本發(fā)明具有以下有益效果：
[0015] 采用沖擊裝置與充氣膠輪組合較真實(shí)地模擬行車荷載作用，通過設(shè)置于混凝土板 底、瀝青混凝土功能層層底、基層中的應(yīng)力傳感器探測(cè)沖擊荷載應(yīng)力，評(píng)價(jià)功能層的彈性緩 沖和應(yīng)力吸收效果，同時(shí)，通過動(dòng)態(tài)應(yīng)力量測(cè)及控制設(shè)備記錄水泥混凝土面板的初裂沖擊 次數(shù)和終裂破碎沖擊次數(shù)以評(píng)價(jià)混凝土板抗沖擊破壞能力，從而可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果優(yōu)化水 泥路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可較準(zhǔn)確地反映瀝青混凝土功能層對(duì)水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)受力的改善效 果，為設(shè)計(jì)水泥路面結(jié)構(gòu)提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)，提高了所設(shè)計(jì)水泥路面的使用性能與耐久性。
【附圖說明】
[0016] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例沖擊荷載作用下水泥混凝土路面動(dòng)態(tài)響應(yīng)模擬試驗(yàn)裝置總裝 配圖。
[0017] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例沖擊荷載作用下水泥混凝土路面動(dòng)態(tài)響應(yīng)模擬試驗(yàn)裝置中的 局部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例中沖擊錘、導(dǎo)桿及鍥型卡塊的連接結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019] 圖4為圖3的俯視圖。
[0020] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例中模擬測(cè)試試件與動(dòng)態(tài)應(yīng)力量測(cè)設(shè)備的連接結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021] 圖中，1-導(dǎo)桿下行限位圓盤；2-導(dǎo)桿緊固套筒；3-緊固螺釘;4-設(shè)備支架；5-沖擊 錘;6-沖擊導(dǎo)桿;7-沖擊橫梁;8-支撐架;9-支撐架外端蓋；10-側(cè)向約束水泥墩；11-緊固試 件鋼板；12-緊固螺栓及螺母；13-支撐架內(nèi)端蓋；14-輪胎軸及軸承；15-軸承頂蓋；16-充氣 膠輪；17-下鏈輪；18-鏈條掛鉤；19-緊固螺釘;20-鏈條;21-上鏈輪;22-下鏈輪軸;23-下鏈 輪軸軸承;24-三角支架;25-電機(jī)緊固螺栓及螺母;26-電機(jī);27-聯(lián)軸器;28-上下鏈輪軸支 架;29-上鏈輪軸;30-上鏈輪軸軸承;31-集成導(dǎo)線；32-控制柜門；33-混凝土板底沖擊荷載 應(yīng)力表;34-功能層層底沖擊荷載應(yīng)力表;35-沖擊次數(shù)計(jì)數(shù)器;36-基層中部沖擊荷載應(yīng)力 表;37-啟動(dòng)開關(guān);38-基層底部沖擊荷載應(yīng)力表;39-沖擊錘掛鉤;40-頂推彈簧;41-鍥型卡 塊;42-緊固螺釘;43-混凝土層;44-功能層;45-基層;46-混凝土板底沖擊應(yīng)力傳感器;47-功能層層底沖擊應(yīng)力傳感器;48-基層中部沖擊應(yīng)力傳感器;49-基層底部沖擊應(yīng)力傳感器。
【具體實(shí)施方式】
[0022]為了使本發(fā)明的目的及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步 詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā) 明。
[0023]如圖1~圖5所示，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種沖擊荷載作用下水泥混凝土路面動(dòng)態(tài) 響應(yīng)模擬試驗(yàn)裝置，實(shí)施步驟如下：
[0024] 1設(shè)備制作與安裝
[0025]焊接設(shè)備支架4和三角支架24,安裝電機(jī)26、緊固電機(jī)緊固螺栓及螺母25,焊接上 下鏈輪軸支架28，安裝聯(lián)軸器27、上鏈輪軸29、上鏈輪軸軸承30、21-上鏈輪21、下鏈輪軸22、 下鏈輪軸軸承23、下鏈輪17、調(diào)試鏈條掛鉤18、緊固螺釘19、鏈條20，安裝輪胎軸及軸承14、 充氣膠輪16、支撐架8、軸承頂蓋15、支撐架外端蓋9、支撐架內(nèi)端蓋13、沖擊橫梁7、沖擊導(dǎo)桿 6、沖擊錘5、導(dǎo)桿緊固套筒2、緊固螺釘3、導(dǎo)桿下行限位圓盤1，調(diào)試沖擊錘掛鉤39、頂推彈簧 40，緊固鍥型卡塊41和緊固螺釘42。
[0026] 2試件約束裝置制備
[0027] 在設(shè)備支架4左右兩側(cè)成型側(cè)向約束水泥墩10,尺寸為長(zhǎng)60cm、高40cm、厚15cm，在 側(cè)端中部預(yù)埋緊固螺栓12。
[0028] 3試件成型及應(yīng)力傳