專利名稱：一種用于測試路面層間剪切疲勞試件的夾具及其測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬路面工程設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種路面結(jié)構(gòu)層在反復(fù)荷載作用下的剪切 疲勞試驗裝置，具體是一種用于測試路面層間剪切疲勞試件的夾具及其測試方法。
背景技術(shù)：
路面結(jié)構(gòu)是一種由不同材料組合而成的多層復(fù)合體系，由于材料差異使不同結(jié)構(gòu) 層之間的變形無法達(dá)到一致和協(xié)調(diào)，因此一般要求在結(jié)構(gòu)層之間鋪撒粘層油和透層油，希 望通過這種層間結(jié)合措施達(dá)到不同結(jié)構(gòu)層變形協(xié)調(diào)的目的。在行車荷載作用下，路面結(jié)構(gòu) 內(nèi)部尤其是層間結(jié)合部位容易出現(xiàn)較大的剪切應(yīng)力和應(yīng)變，反復(fù)的剪切應(yīng)力和應(yīng)變導(dǎo)致層 間粘結(jié)層由于剪切疲勞而斷裂，路面結(jié)構(gòu)層隨之出現(xiàn)脫層，繼而出現(xiàn)裂縫、坑槽、推移甚至 基層損壞等病害，嚴(yán)重影響路面的正常使用性能及使用壽命。目前國內(nèi)外對于路面結(jié)構(gòu)的層間剪切疲勞尚無人進(jìn)行研究，而對于結(jié)構(gòu)層層間的 剪切疲勞試驗也無人涉及，同時行業(yè)規(guī)范對于層間剪切疲勞也沒有具體規(guī)定，因而導(dǎo)致目 前道路結(jié)構(gòu)設(shè)計與實際使用嚴(yán)重不符，即路面結(jié)構(gòu)在實際使用過程中并沒有一直處于完全 連續(xù)狀態(tài)，那么如何能夠有效表征路面結(jié)構(gòu)層間剪切疲勞特性是保證路面能夠正常使用而 需要解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于測試路面層間剪切疲勞試件的夾具及其測試方法， 該夾具在試驗過程中能夠簡便、快速的反映出路面結(jié)構(gòu)層間的剪切疲勞情況，有利于試驗 的正常進(jìn)行，同時可以準(zhǔn)確的反映出層狀結(jié)構(gòu)內(nèi)部粘結(jié)材料的長期使用性能。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種用于測試路面層間剪切疲勞試 件的夾具，包括上夾具組件和下夾具組件，所述的上夾具組件和下夾具組件均為縱向截面 為L型的異形塊，每個異形塊由相同的兩部分并接組成，上夾具組件和下夾具組件相扣合 連接，在橫向扣接部的中間分別設(shè)置有通槽。上述的柱體的橫疊面為長方體。上述的通槽為方槽。上述的下夾具組件的每個柱體底部均設(shè)置有底座。使用上述夾具測試路面層間剪切疲勞試件的測試方法通過以下步驟實現(xiàn)
(1)、首先根據(jù)層間粘結(jié)層材料的不同，通過理論計算確定疲勞荷載的大?。?br> (2)、制作試件采用靜壓法、錘擊法或旋轉(zhuǎn)壓實方法制成圓形或者矩形組合試件，也可 以利用現(xiàn)場鉆心取樣的試件；
(3)、將試件(9)、夾具在環(huán)境溫控箱中進(jìn)行保溫；
(4)、進(jìn)行層間直接剪切強(qiáng)度試驗將試件放置在上部夾具(1)和下部夾具(2)之間的 通槽(3)中，并將夾具與試件(9)用螺絲擰緊，對齊上下夾具與試件(9)層間結(jié)合部，并放置 在環(huán)境箱中，通過傳力桿8將荷載加載至上部夾具(1)上，以此可以對層間結(jié)合面處產(chǎn)生均勻分布的垂直剪切應(yīng)力，實驗過程中施加荷載從小到大，直到試件9破壞為止，此時得到的 荷載除以層間接觸面積，即可達(dá)到該條件下層間剪切極限強(qiáng)度；
(5)、進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)層間剪切疲勞試驗將試件放置在上部夾具(1)和下部夾具(2)之 間的通槽(3)中，并將夾具與試件(9)用螺絲擰緊，對齊上下夾具與試件(9)層間結(jié)合部，并 放置在環(huán)境箱中，通過傳力桿(8)將荷載加載至上部夾具上(1)，以此可以對層間結(jié)合面處 產(chǎn)生均勻分布的垂直剪切應(yīng)力，施加荷載的大小根據(jù)直接剪切強(qiáng)度試驗結(jié)果的0. Γ0. 9倍 范圍內(nèi)，實驗結(jié)束后，試件(9)的層間結(jié)合部將會出現(xiàn)疲勞破壞，分析試驗過程中材料試驗 機(jī)采集的應(yīng)力或者應(yīng)變隨時間或者作用次數(shù)的變化數(shù)據(jù)，以此對層間疲勞剪切進(jìn)行分析。上述的步驟(3)中將試件(9)以及夾具置于-15°c 20°C的環(huán)境箱中，保溫時間不 少于4個小時。上述的步驟(4)中通過傳力桿對試件(9)進(jìn)行加載，加載速率為lmm/min，直至試 件(9)破壞。上述的測試方法中剪切面與上下兩個夾具的接觸面相重合，且與疲勞荷載的加載 方向位于一個平面內(nèi)。本發(fā)明采用的此種結(jié)構(gòu)，通過上下夾具組件將試件左右兩端固定，試件中部的粘 結(jié)層位于兩個夾具的通槽結(jié)合部，施加與試中間粘結(jié)層平行的豎向波形荷載，可得到剪切 應(yīng)力(應(yīng)變)與實驗加載次數(shù)之間的關(guān)系，得到試件的疲勞剪切特征參數(shù)。通過該夾具和方法，可以測定路面結(jié)構(gòu)層間抗剪強(qiáng)度和剪切疲勞壽命，對研究路 面結(jié)構(gòu)相互協(xié)調(diào)工作的特性、評價路面結(jié)構(gòu)的整體使用性能、評價層間粘結(jié)層材料性能的 優(yōu)劣都具有重要意義，同時該試驗方法簡單易行、試驗設(shè)備簡單可靠，能夠在科研和實際工 程中得到推廣的應(yīng)用。


圖1是本發(fā)明使用狀態(tài)圖2是本發(fā)明上夾具組件結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本發(fā)明下夾具組件結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是本發(fā)明受力示意圖； 圖5為本發(fā)明的實驗裝置圖。圖中，1-上夾具組件，2-下夾具組件，3-通槽，4-底座，5-螺釘，6_柱體，7_通孔， 8-傳力桿，9-試件。具體實施放置
下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。參見圖1、圖2、圖3，一種用于測試路面層間剪切疲勞試件的夾具，包括上夾具組 件1和下夾具組件2，所述的上夾具組件1和下夾具組件2均為縱向截面為L型的異形塊， 每個異形塊由相同的兩部分并接組成，上夾具組件1和下夾具組件2相扣合連接，在橫向扣 接部的中間分別設(shè)置有通槽3，兩通槽3相對連接成疊面為方形的通孔7。所述柱體的垂直 疊面為“L”形，柱體的橫疊面為長方體。同時在下夾具組件的每個柱體6底部均設(shè)置有底 座4。如圖4所示，本發(fā)明使用時，將上夾具組件1和下夾具組件2上下放置，然后固定以確保加載時試件9不發(fā)生橫向移動，利用上夾具組件1和下夾具組件2上的通孔7將已 經(jīng)固定在剪切上模的試件9另外一端夾住，使剪切上模和剪切下模形成一個整體，防止加 載過程中夾具和試件9發(fā)生橫向移動。下夾具組件2通過底座4上的螺釘固定在MTS上， 防止在加載過程中整個夾具發(fā)生橫向移動。固定試件9的過程中，一定要保證剪切疲勞測 試面與上下夾具的界面在一條直線上。整個過程準(zhǔn)備完畢后，利用MTS在剪切上模上部施 加豎向波形荷載即可進(jìn)行剪切疲勞試驗。同時，本發(fā)明通過上夾具組件1和下夾具2組件將試件9卡在剪切夾具中，剪切面 與上下夾具結(jié)合處在一條直線上，并與加載方向一直。參見圖5，本發(fā)明的測試方法通過以下步驟實現(xiàn)
(1)、首先根據(jù)層間粘結(jié)層材料的不同，通過理論計算確定疲勞荷載的大小；
(2)、制作試件采用靜壓法、錘擊法或旋轉(zhuǎn)壓實方法制成圓形或者矩形組合試件，也 可以利用現(xiàn)場鉆心取樣的試件；
(3)、將試件9、夾具在環(huán)境溫控箱中進(jìn)行保溫；
(4)、進(jìn)行層間直接剪切強(qiáng)度試驗將試件放置在上部夾具1和下部夾具2之間的通槽 3中，并將夾具與試件9用螺絲擰緊，對齊上下夾具與試件9層間結(jié)合部，并放置在環(huán)境箱 中，通過傳力桿8將荷載加載至上部夾具1上，以此可以對層間結(jié)合面處產(chǎn)生均勻分布的垂 直剪切應(yīng)力，實驗過程中施加荷載從小到大，直到試件9破壞為止，此時得到的荷載除以層 間接觸面積，即可達(dá)到該條件下層間剪切極限強(qiáng)度。(5) 、進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)層間剪切疲勞試驗將試件放置在上部夾具1和下部夾 具2之間的通槽3中，并將夾具與試件9用螺絲擰緊，對齊上下夾具與試件9層間結(jié)合部， 并放置在環(huán)境箱中，通過傳力桿8將荷載加載至上部夾具上1，以此可以對層間結(jié)合面處產(chǎn) 生均勻分布的垂直剪切應(yīng)力，施加荷載的大小根據(jù)直接剪切強(qiáng)度試驗結(jié)果的0. Γ0. 9倍范 圍內(nèi)，實驗結(jié)束后，試件9的層間結(jié)合部將會出現(xiàn)疲勞破壞，分析試驗過程中材料試驗機(jī)采 集的應(yīng)力或者應(yīng)變隨時間或者作用次數(shù)的變化數(shù)據(jù)，以此對層間疲勞剪切進(jìn)行分析。步驟(3)中將試件9以及夾具置于-15°C 20°C的環(huán)境箱中，保溫時間不少于4個 小時。步驟(4)中通過傳力桿對試件9進(jìn)行加載，加載速率為lmm/min，直至試件9破壞。測試方法中剪切面與上下兩個夾具的接觸面相重合，且與疲勞荷載的加載方向位 于一個平面內(nèi)。實施例
1.采用旋轉(zhuǎn)壓實方法制作直徑為150mm的浙青混合料大馬歇爾試件，同時采用擊實方 法制作直徑為150mm的水泥穩(wěn)定碎石試件，在水泥穩(wěn)定碎石表面涂刷透層油及封層材料， 之后將浙青混合料大馬歇爾試件放置在涂刷透層油的水泥穩(wěn)定碎石試件之上，并采用壓力 機(jī)進(jìn)行靜壓成型，將試件靜置12小時以上，方可進(jìn)行下一步實驗操作。同一組試樣個數(shù)不 少于3個。2.將試件、剪切疲勞用的夾具放置在15°C環(huán)境箱中，保溫時間不少于6小時。3.將試件放入剪切疲勞夾具當(dāng)中。應(yīng)確保試件的受剪切面與上下夾具的結(jié)合面 保持在一個平面內(nèi)。4.進(jìn)行層間剪切強(qiáng)度試驗。通過上部夾具對試件進(jìn)行加載，加載速率為lmm/min，直至之間破壞為止。試驗結(jié)束后，將得到如圖3所示的荷載-變形關(guān)系 曲線，試件的破壞荷載可以取極限荷載的80%。由此得出試件的層間剪切強(qiáng)度為
權(quán)利要求
1.一種用于測試路面層間剪切疲勞試件的夾具，其特征在于包括上夾具組件(1)和 下夾具組件(2)，所述的上夾具組件(1)和下夾具組件(2)均為縱向截面為L型的異形塊， 每個異形塊由相同的兩部分并接組成，上夾具組件(1)和下夾具組件(2)相扣合連接，在橫 向扣接部的中間分別設(shè)置有通槽(3 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于測試路面層間剪切疲勞試件的夾具，其特征在于 所述的柱體(6)的橫疊面為長方體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于測試路面層間剪切疲勞試件的夾具，其特征在于 所述的通槽(3)為方槽。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于測試路面層間剪切疲勞試件的夾具，其特征在于 所述的下夾具組件(2 )的每個柱體(6 )底部均設(shè)置有底座(4 )。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于測試路面層間剪切疲勞試件的夾具的測試方法，其 特征在于所述的測試方法通過以下步驟實現(xiàn)(1)、首先根據(jù)層間粘結(jié)層材料的不同，通過理論計算確定疲勞荷載的大??；(2)、制作試件采用靜壓法、錘擊法或旋轉(zhuǎn)壓實方法制成圓形或者矩形組合試件，也可 以利用現(xiàn)場鉆心取樣的試件；(3)、將試件(9)、夾具在環(huán)境溫控箱中進(jìn)行保溫；(4)、進(jìn)行層間直接剪切強(qiáng)度試驗將試件放置在上部夾具(1)和下部夾具(2)之間的 通槽(3)中，并將夾具與試件(9)用螺絲擰緊，對齊上下夾具與試件(9)層間結(jié)合部，并放置 在環(huán)境箱中，通過傳力桿8將荷載加載至上部夾具(1)上，以此可以對層間結(jié)合面處產(chǎn)生均 勻分布的垂直剪切應(yīng)力，實驗過程中施加荷載從小到大，直到試件9破壞為止，此時得到的 荷載除以層間接觸面積，即可達(dá)到該條件下層間剪切極限強(qiáng)度；(5)、進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)層間剪切疲勞試驗將試件放置在上部夾具(1)和下部夾具(2)之 間的通槽(3)中，并將夾具與試件(9)用螺絲擰緊，對齊上下夾具與試件(9)層間結(jié)合部，并 放置在環(huán)境箱中，通過傳力桿(8)將荷載加載至上部夾具上(1)，以此可以對層間結(jié)合面處 產(chǎn)生均勻分布的垂直剪切應(yīng)力，施加荷載的大小根據(jù)直接剪切強(qiáng)度試驗結(jié)果的0. Γ0. 9倍 范圍內(nèi)，實驗結(jié)束后，試件(9)的層間結(jié)合部將會出現(xiàn)疲勞破壞，分析試驗過程中材料試驗 機(jī)采集的應(yīng)力或者應(yīng)變隨時間或者作用次數(shù)的變化數(shù)據(jù)，以此對層間疲勞剪切進(jìn)行分析。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種用于測試路面層間剪切疲勞試件的夾具的測試方法，其 特征在于所述的步驟(3)中將試件(9)以及夾具置于_15°C 20°C的環(huán)境箱中，保溫時間 不少于4個小時。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種用于測試路面層間剪切疲勞試件的夾具的測試方法，其 特征在于所述的步驟(4)中通過傳力桿對試件(9)進(jìn)行加載，加載速率為lmm/min，直至試 件(9)破壞。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種用于測試路面層間剪切疲勞試件的夾具的測試方法，其 特征在于所述的測試方法中剪切面與上下兩個夾具的接觸面相重合，且與疲勞荷載的加 載方向位于一個平面內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于測試路面層間剪切疲勞試件的夾具及其測試方法。目前國內(nèi)外對于路面結(jié)構(gòu)的層間剪切疲勞尚無人進(jìn)行研究。本發(fā)明提供一種用于測試路面層間剪切疲勞試件的夾具，一種用于測試路面層間剪切疲勞試件的夾具，包括上夾具組件和下夾具組件，上夾具組件和下夾具組件均為縱向截面為L型的異形塊，每個異形塊由相同的兩部分并接組成，上夾具組件和下夾具組件相扣合連接，在橫向扣接部的中間分別設(shè)置有通槽。本發(fā)明采用的此種結(jié)構(gòu)，通過上下夾具組件將試件左右兩端固定，試件中部的粘結(jié)層位于兩個夾具的通槽結(jié)合部，施加與試件中間粘結(jié)層平行的豎向波形荷載，可得到剪切應(yīng)力(應(yīng)變)與實驗加載次數(shù)之間的關(guān)系，得到試件的疲勞剪切特征參數(shù)。
文檔編號G01N19/02GK102095680SQ20101061496
公開日2011年6月15日 申請日期2010年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月30日
發(fā)明者曹海波, 李剛, 李智, 王爭軍, 王鵬翔, 白雪梅, 陳團(tuán)結(jié) 申請人:中交第一公路勘察設(shè)計研究院有限公司