本實(shí)用新型屬于路橋建筑技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種橋面鋪裝層與橋面板層間抗剪剛度測(cè)試裝置；特別適用于水泥混凝土橋梁橋面鋪裝層與橋面板層間抗剪剛度測(cè)試。

背景技術(shù)：

橋面鋪裝是橋梁上部結(jié)構(gòu)的重要組成部分，作為橋梁結(jié)構(gòu)的保護(hù)層，橋面鋪裝保護(hù)行車道板免受行車荷載的直接磨耗，防止橋面板遭受雨水侵蝕；作為受力層，橋面鋪裝對(duì)車輛輪重的集中荷載起一定的分布作用，并將此荷載傳遞給橋梁上部結(jié)構(gòu)。

目前我國(guó)常用的水泥混凝土橋面鋪裝構(gòu)造形式為水泥混凝土鋪裝層+防水粘結(jié)層+瀝青混凝土鋪裝層；水泥混凝土鋪裝層與橋面板之間并不是完全緊密接觸的，在重復(fù)車輛荷載、溫度梯度荷載和收縮等作用下，層間存在相對(duì)滑動(dòng)，甚至?xí)霈F(xiàn)剪切破壞，其層間接觸狀態(tài)直接影響了橋面鋪裝參與主梁受力的程度。對(duì)于中小跨徑混凝土橋梁的檢測(cè)而言，如果不能在進(jìn)行主梁受力狀態(tài)分析時(shí)，定量的把握層間接觸狀態(tài)，準(zhǔn)確的考慮橋面鋪裝的影響，會(huì)導(dǎo)致測(cè)試到的主梁力學(xué)特性與理論計(jì)算值之間存在較大差異，從而使得橋梁狀態(tài)評(píng)估結(jié)果不夠準(zhǔn)確。因此，得知水泥混凝土橋面鋪裝層與橋面板的層間接觸狀態(tài)就顯得尤為重要。在《考慮剪切滑移效應(yīng)的疊合梁有限元解》一文中，作者將這種層間接觸狀態(tài)定義為橋面鋪裝層與橋面板層間剪力和相對(duì)滑動(dòng)的關(guān)系，即層間抗剪剛度。

目前國(guó)內(nèi)外尚無(wú)專門用于橋梁結(jié)構(gòu)鋪裝層與橋面板層間抗剪剛度的測(cè)試儀器，巖土工程方面雖有土壤儀，但其土壤試件相比橋面鋪裝層與橋面板層間抗剪剛度測(cè)試試件尺寸過(guò)小，且無(wú)法施加大噸位剪力，故難以推廣到橋面鋪裝層與橋面板的層間抗剪剛度測(cè)試。因此，提出一種試驗(yàn)方便、精度較高的橋面鋪裝層與橋面板層間抗剪剛度測(cè)試方法就顯得十分迫切。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型公開(kāi)了一種橋面鋪裝層與橋面板層間抗剪剛度測(cè)試裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中無(wú)專門用于橋梁結(jié)構(gòu)鋪裝層與橋面板層間抗剪剛度的測(cè)試儀器，巖土工程方面雖有土壤儀，但其土壤試件相比橋面鋪裝層與橋面板層間抗剪剛度測(cè)試試件尺寸過(guò)小，且無(wú)法施加大噸位剪力，故難以推廣到橋面鋪裝層與橋面板的層間抗剪剛度測(cè)試等問(wèn)題。

本實(shí)用新型水泥混凝土橋梁橋面鋪裝層與橋面板層間抗剪剛度測(cè)試裝置包括：包括上壓板、中壓板、下壓板、扁平千斤頂、壓力傳感器、4個(gè)螺栓、第一螺帽、第二螺帽、第三螺帽；上壓板、中壓板、下壓板上具有結(jié)構(gòu)尺寸相同、孔距相等的孔；下壓板水平放置，4個(gè)螺栓自下而上穿入下壓板的孔中；用丙酮擦拭水泥混凝土測(cè)試試件水平放置上表面、水平放置下表面；將水泥混凝土測(cè)試試件置放在下壓板上，水泥混凝土橋面板與下壓板相接觸；中壓板的孔與4個(gè)螺栓配合，4個(gè)第二螺帽緊固在螺栓上，壓緊中壓板；中壓板、下壓板夾緊水泥混凝土測(cè)試試件；壓力傳感器、扁平千斤頂中心位置共線安裝在中壓板上的中心處；上壓板的孔與4個(gè)螺栓配合，上壓板壓緊扁平千斤頂；4個(gè)第一螺帽安裝高度相等地緊固在螺栓的頂部，壓緊上壓板；中壓板、上壓板夾緊壓力傳感器、扁平千斤頂；水泥混凝土測(cè)試試件豎直放置時(shí)，本實(shí)用新型裝置不滑落。

本實(shí)用新型還包括4個(gè)第一螺帽、4個(gè)第二螺帽、4個(gè)第三螺帽；4個(gè)第三螺帽安裝高度相等地緊固在螺栓的中部，安裝在中壓板下方；4個(gè)第二螺帽安裝高度相等地緊固在螺栓的中部，安裝在中壓板上方；4個(gè)第一螺帽安裝高度相等地緊固在螺栓的頂部，安裝在上壓板上方。

水泥混凝土橋面鋪裝層與橋面板層間抗剪剛度測(cè)試試件的尺寸為15cm×15cm×55cm。

本實(shí)用新型裝置向水泥混凝土測(cè)試試件施加正壓力：

正壓力P與實(shí)際情況下車輪荷載P′的關(guān)系如下式：

P＝2P′(a+15)(b+15)/825

式中：P′—車輪軸重，a—車輪沿行車方向的著地長(zhǎng)度(cm)，b—車輪的寬度(cm)。

本實(shí)用新型的有益效果是：通過(guò)控制扁平千斤頂施加壓力的大小，可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同正壓力情況下的抗剪剛度進(jìn)行測(cè)試，體現(xiàn)了本發(fā)明的通用性；本發(fā)明規(guī)定了抗剪剛度測(cè)試試件的尺寸大小，試件尺寸若過(guò)小，則無(wú)法模擬橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際狀況；試件尺寸若過(guò)大，則導(dǎo)致室內(nèi)操作困難；體現(xiàn)了本發(fā)明的規(guī)范性；本發(fā)明通過(guò)壓力機(jī)將豎向荷載轉(zhuǎn)化為調(diào)節(jié)范圍較大且模擬精確的剪力，體現(xiàn)了本發(fā)明的精確性。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明水泥混凝土橋面鋪裝層與橋面板抗剪剛度測(cè)試試件示意圖；

圖2為本發(fā)明所采用的上、中、下壓板平面示意圖；

圖3為本發(fā)明所采用的正壓力模擬子系統(tǒng)示意圖；

圖4為本發(fā)明方法原理示意圖；

圖5為有限元模型在剪力作用下的位移云圖；

圖6為剪力與層間相對(duì)位移測(cè)試關(guān)系曲線與有限元分析關(guān)系曲線對(duì)比圖；

圖中：1水泥混凝土橋面板、2橋面鋪裝層、3連接鋼筋、4上壓板、5中壓板、6下壓板、7螺栓、8第一螺帽、9第二螺帽，10第三螺帽、11扁平千斤頂、12壓力傳感器、13上墊板、14下墊板、15引伸計(jì)、16百分表、17壓力機(jī)、18孔；A水泥混凝土測(cè)試試件水平放置上表面、B水泥混凝土測(cè)試試件水平放置下表面、C水泥混凝土測(cè)試試件豎直放置后的上表面、D水泥混凝土測(cè)試試件豎直放置后的下表面、E水泥混凝土測(cè)試試件橋面鋪裝層側(cè)面的中心位置。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例。

本實(shí)用新型實(shí)施例，水泥混凝土橋梁橋面鋪裝層與橋面板層間抗剪剛度測(cè)試裝置圖2、圖3所示，包括上壓板4、中壓板5、下壓板6、扁平千斤頂11、壓力傳感器12、4個(gè)螺栓7、第一螺帽8、第二螺帽9、第三螺帽10；上壓板4、中壓板5、下壓板6上具有結(jié)構(gòu)尺寸相同、孔距相等的孔19；下壓板6水平放置，4個(gè)螺栓7自下而上穿入下壓板6的孔19中；用丙酮擦拭水泥混凝土測(cè)試試件上、下表面；將水泥混凝土測(cè)試試件置放在下壓板6上，水泥混凝土橋面板1與下壓板6相接觸；中壓板5的孔19與4個(gè)螺栓7配合，4個(gè)第二螺帽9緊固在螺栓7上，壓緊中壓板5；中壓板5、下壓板6夾緊水泥混凝土測(cè)試試件；壓力傳感器12、扁平千斤頂11中心位置共線安裝在中壓板5上的中心處；上壓板4的孔19與4個(gè)螺栓7配合，上壓板4壓緊扁平千斤頂11；4個(gè)第一螺帽8安裝高度相等地緊固在螺栓7的頂部，壓緊上壓板4；中壓板5、上壓板4夾緊壓力傳感器12、扁平千斤頂11；水泥混凝土測(cè)試試件豎直放置時(shí)，本實(shí)用新型不會(huì)滑落。

試驗(yàn)過(guò)程如下：

第一步，水泥混凝土橋面鋪裝層與橋面板層間抗剪剛度測(cè)試試件制作：

如圖1所示，水泥混凝土測(cè)試試件包括水泥混凝土橋面板1、連接鋼筋3和橋面鋪裝層2；尺寸為15cm×15cm×55cm；

水泥混凝土橋面鋪裝層與橋面板層間抗剪剛度測(cè)試試件制作步驟包括：

工序一，澆筑下層水泥混凝土：在試驗(yàn)?zāi)＞咧袧仓粚?.5cm高的水泥混凝土，形成水泥混凝土橋面板1；

工序二，在澆筑后的下層水泥混凝土表面立即布置連接鋼筋3；并依據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)際情況進(jìn)行拉毛；配筋率＝鋼筋面積/(試件長(zhǎng)度×試件寬度)；本實(shí)用新型所采用試件配筋率為0.2％；

工序三，對(duì)下層水泥混凝土養(yǎng)生7天；

工序四，澆筑7.5cm高的上層混凝土，形成橋面鋪裝層2；

工序五，對(duì)整體水泥混凝土測(cè)試試件再持續(xù)養(yǎng)生28天；

工序六，水泥混凝土測(cè)試試件水平放置，使用砂紙將水泥混凝土測(cè)試試件水平放置上表面A、水平放置下表面B打磨平滑；

第二步，將水泥混凝土測(cè)試試件水平夾固在本實(shí)用新型上：

如圖1、圖2、圖3所示，正壓力模擬子系統(tǒng)包括上壓板4、中壓板5、下壓板6、扁平千斤頂11、壓力傳感器12、4個(gè)螺栓7、第一螺帽8、第二螺帽9、第三螺帽10；上壓板4、中壓板5、下壓板6上均具有4個(gè)結(jié)構(gòu)尺寸相同、孔距相等的孔18；下壓板6水平放置，4個(gè)螺栓7自下而上穿入下壓板6的孔18中；將水泥混凝土測(cè)試試件置放在下壓板6上，水泥混凝土橋面板1與下壓板6相接觸；中壓板5的孔18與4個(gè)螺栓7配合，4個(gè)第二螺帽9緊固在螺栓7上，壓緊中壓板5；中壓板5、下壓板6夾緊水泥混凝土測(cè)試試件；壓力傳感器12、扁平千斤頂11中心位置共線安裝在中壓板5上的中心處；上壓板4的孔18與4個(gè)螺栓7配合，上壓板4壓緊扁平千斤頂11；4個(gè)第一螺帽8安裝高度相等地緊固在螺栓7的頂部，壓緊上壓板4；中壓板5、上壓板4夾緊壓力傳感器12、扁平千斤頂11；水泥混凝土測(cè)試試件豎直放置時(shí)，正壓力模擬子系統(tǒng)不會(huì)滑落；

第三步，水泥混凝土測(cè)試試件豎直放置：

如圖4所示，將水泥混凝土測(cè)試試件豎直放置，使用砂紙將水泥混凝土測(cè)試試件豎直置放后的上表面C、豎直置放后的下表面D打磨平滑；用丙酮擦拭；在水泥混凝土測(cè)試試件橋面鋪裝層2豎直置放后的上表面C上方水平放置上墊板13，在水泥混凝土測(cè)試試件橋面板1豎直置放后的下表面D下方水平放置下墊板14；

第四步，安裝引伸計(jì)15與百分表：

如圖4所示，將試件橋面鋪裝層2側(cè)面的中心位置處用砂紙打磨平滑，用丙酮擦拭；將引伸計(jì)15裝夾于打磨位置處，測(cè)量引伸計(jì)15兩個(gè)力臂之間的水平距離并記錄為L(zhǎng)₀；在試件橋面鋪裝層2與上墊板13的接觸位置處置放第一百分表16，使其具有初始讀數(shù)并記錄，記為w₀；在試件橋面鋪裝層2下表面置放第二百分表17，使其具有初始讀數(shù)并記錄，記為w₀′。

第五步，用本實(shí)用新型向水泥混凝土測(cè)試試件施加正壓力：

如圖3所示，本實(shí)用新型4個(gè)第三螺帽10安裝高度相等地緊固在螺栓7的中部，安裝在中壓板5下方；4個(gè)第二螺帽9安裝高度相等地緊固在螺栓7的中部，安裝在中壓板5上方；4個(gè)第一螺帽8安裝高度相等地緊固在螺栓7的頂部，安裝在上壓板4上方；

調(diào)節(jié)扁平千斤頂11模擬實(shí)際情況下不同大小的車輪荷載施加正壓力至設(shè)定值；擰緊第一螺帽8、第二螺帽9和第三螺帽10，通過(guò)壓力傳感器12精確讀取正壓力值并記錄為P；本實(shí)用新型方法中正壓力P與實(shí)際情況下車輪荷載P′的關(guān)系如下式：

P＝2P′(a+15)(b+15)/825

式中：P′—車輪軸重，a—車輪沿行車方向的著地長(zhǎng)度(cm)，b—車輪的寬度(cm)。

第六步，模擬剪力測(cè)試：

如圖4所示，壓力機(jī)18施加模擬剪力作用于上墊板13上表面；壓力機(jī)18等差值(10KN)逐步增加模擬剪力直至試件發(fā)生剪切破壞；

記錄每時(shí)刻剪力對(duì)應(yīng)下的第一百分表16讀數(shù)w₁，第二百分表17讀數(shù)w₁′，引伸計(jì)15讀數(shù)ΔL；則此剪力作用下橋面鋪裝層2與橋面板1層間相對(duì)位移即為：

ε＝w-ΔL/L₀×L；

式中：w＝Δw-Δw′，Δw＝w₁-w₀，Δw′＝w₁′-w₀′，L—試件長(zhǎng)度。

由于試件的層間結(jié)合狀態(tài)并不是完全緊密接觸，剪力作用下試件幾乎沒(méi)有發(fā)生掀起現(xiàn)象，有的學(xué)者也稱之為撕拉作用；試驗(yàn)中觀察到的破壞現(xiàn)象也同樣可以說(shuō)明這一點(diǎn)。即本實(shí)用新型的試驗(yàn)方法可以忽略交界面掀起效應(yīng)，能夠較為準(zhǔn)確的測(cè)得結(jié)合面的剪切性能。

第七步，制作剪力和層間相對(duì)位移關(guān)系曲線：

重復(fù)試驗(yàn)步驟六，記錄三組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，如表1所示；

表1試驗(yàn)數(shù)據(jù)

做出正壓力P(本實(shí)施例P＝0)情況下剪力和層間相對(duì)位移的關(guān)系曲線，如圖6所示；

由圖6可知，本實(shí)施例正壓力P＝0作用下，當(dāng)剪力超過(guò)10kN時(shí)，層間位移隨著剪力的增大而增大。對(duì)剪力與層間位移關(guān)系曲線進(jìn)行分析可知，剪力增大而層間位移保持不變屬于剪力克服層間摩阻力(Q₀＝c+μP，其中c為連接鋼筋3提供的剪切破壞抵抗力，μ為摩擦系數(shù)，P為正壓力)的過(guò)程。而當(dāng)剪力大于結(jié)合面能夠提供的摩阻力后，摩阻力不再起作用，所以出現(xiàn)層間位移隨著剪力的增大呈現(xiàn)近似線性增長(zhǎng)的現(xiàn)象。

由于測(cè)試試件與實(shí)際橋梁結(jié)構(gòu)相比，其尺寸很小，所以采用試件結(jié)合面上的平均剪應(yīng)力(剪力/結(jié)合面面積，即τ-τ₀＝(Q-Q₀)/A)來(lái)討論結(jié)合面抗剪剛度。即抗剪剛度中采用的剪應(yīng)力為實(shí)際測(cè)試到的剪力減去摩阻力克服掉的那部分剪力(即Q-Q₀)。則橋面鋪裝2與橋面板1層間抗剪剛度k滿足下式：

τ-τ₀＝(Q-Q₀)/A＝k·ε

式中：Q—實(shí)際測(cè)試到的剪力，Q₀—層間摩阻力，ε—層間相對(duì)位移，A—層間結(jié)合面面積。

將三組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到的抗剪剛度取平均值，即可得到本實(shí)施例正壓力P＝0作用下，橋面鋪裝層2與橋面板1層間抗剪剛度為425kpa/mm。

第八步，建立水泥混凝土橋梁結(jié)構(gòu)試件的有限元模型：

如圖5所示，利用ANSYS軟件建立橋梁結(jié)構(gòu)試件的有限元模型，通過(guò)數(shù)值模擬施加不同的剪力荷載，得到不同剪力荷載對(duì)應(yīng)下的位移云圖，即可得到混凝土橋梁橋面鋪裝層2與橋面板1層間抗剪剛度的有限元解；

如圖6所示，比較本實(shí)用新型所述測(cè)試方法的試驗(yàn)值與有限元解的關(guān)系曲線可知，試驗(yàn)值曲線與有限元解曲線的吻合程度較好，即可說(shuō)明本實(shí)用新型所述的混凝土橋梁橋面鋪裝層2與橋面板1層間抗剪剛度測(cè)試方法與有限元法吻合程度較好。

第九步，改變扁平千斤頂11施加的正壓力大小，重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟六、步驟七，即可測(cè)試不同正壓力情況下水泥混凝土橋梁橋面鋪裝層2與橋面板1層間抗剪剛度。

第十步，關(guān)閉壓力機(jī)18及扁平千斤頂11，混凝土橋梁橋面鋪裝層2與橋面板1層間抗剪剛度測(cè)試工作完成。