一种沥青混合料动态分析装置

本技术涉及道路工程材料性能测试，具体涉及一种沥青混合料动态分析装置。

背景技术：

1、近年来，随着我国国民经济的发展，我国道路交通量日益增大，车辆的大型化，高速公路的渠化交通，轴载轴压的不断增大使得道路服务寿命大幅降低，甚至危及行车安全。沥青路面作为我国高等级公路路面的主要形式，面临的很多问题越来越突出，其服务寿命大多数都短于设计寿命，发生早期结构性破坏，如车辙、疲劳破坏、低温开裂等现象。车辆荷载对于路面的作用呈现出较为复杂的状态，同时外界环境条件的耦合作用，使得沥青路面在时刻处于一种动、静荷载混合，环境因素复杂的条件在工作。道路环境的复杂使得室内试验难以模拟实际道路情况下的混合料试件受力状况。

2、沥青混合料作为一种粘弹性材料，在一定的观测时间下，表现出变形明显依赖于时间的力学行为，其材料性能与时间、温度和荷载作用频率等因素密切相关。现有研究往往通过沥青材料的粘弹性来预测混合料的路用性能，但沥青混合料作为一种非均质颗粒性粘弹塑性固体材料，其粘弹特性与沥青材料有一定的相似，但也有根本上的不同。现有的沥青混合料动态力学试验多采用动态剪切流变仪对粒径在5mm以下的混合料试件进行测试，但由于粒径较小，难以真实反馈实际道路受力情况下混合料试件的力学性能变化。

技术实现思路

1、本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷中的至少一种而提供一种给沥青混合料试件拉压应力和扭转应力，使沥青混合料可以在拉压应力、扭转应力或组合作用条件下加载的沥青混合料动态分析装置。该装置可以在室内更真实模拟不同环境条件，不同车辆荷载作用于沥青路面所产生的动态力学响应，同时为了能更加方便的进行室内试验。

2、本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、一种沥青混合料动态分析装置，该装置包括机架，以及：

4、环境箱，用于模拟不同路面环境情况；

5、动力加载机构，用于对沥青混合料试件提供拉压应力和扭转应力；

6、拉压扭剪一体传感器，用于监测沥青混合料试件中的应力应变情况；

7、试件固定机构，用于固定沥青混合料试件；

8、所述的环境箱位于机架中部；所述的试件固定机构包括垂直于水平面的延长杆和用于放置沥青混合料试件的放置组件；所述的延长杆与一端与放置组件相连，另一端插设在环境箱顶部且拉压扭剪一体传感器相连；所述的放置组件位于环境箱内；

9、所述的动力加载机构包括用于给沥青混合料试件提供拉压应力的拉压组件和用于给沥青混合料试件提供扭转应力的扭转组件；所述的拉压组件包括用于带动延长杆移动的扭转支撑横梁，扭转支撑横梁与拉压扭剪一体传感器远离延长杆的一端相连；所述的扭转组件一端与放置组件相连，另一端插设在环境箱底部。

10、进一步地，所述的机架包括工作台，以及：

11、立柱，对称设置在工作台上；

12、中轴杆，位于对称设置的立柱之间；

13、支撑横梁，与扭转支撑横梁平行布置且位于扭转支撑横梁远离拉压扭剪一体传感器的一侧，穿插在立柱和中轴杆；

14、阻尼滑块，插设在扭转支撑横梁两端，与立柱滑动连接。

15、进一步地，所述的工作台包括台体、反力底板和支撑底座；所述的反力底板一端与台体抵接，另一端与支撑底座抵接。

16、进一步地，所述的拉压组件还包括相连的轴向作动器和液压顶向杆；所述的液压顶向杆对称设置在工作台上；所述的轴向作动器设置在工作台内；所述的液压顶向杆包括外部套管，外部套管一端与工作台抵接，另一端设有与外部套管滑动连接的内杆；所述的内杆远离外部套管的一端与支撑横梁抵接。

17、进一步地，所述轴向作动器量程为±75mm，最大荷载为25kn。

18、进一步地，所述的环境箱箱体内表面设有保温隔热层；所述的保温隔热层内设有制冷制热器和温度传感器；所述的工作台内设有与制冷制热器相连的空气压缩机。

19、进一步地，所述的扭转组件包括与放置组件相连的扭转作动器。

20、进一步地，所述扭转作动器量程为±45度，最大荷载为1kn.m。

21、进一步地，所述的放置组件包括用于装载沥青混合料试件的模具，以及对称设置在模具两侧的夹具，位于模具顶端的夹具与延长杆相连，位于模具底端的夹具与扭转作动器相连。

22、具体来说，放置组件包括半圆形分片式夹具和模具，其中延长杆上端通过法兰盘、螺栓与拉压扭剪一体传感器连接，下端通过法兰盘、螺栓与上部半圆形分片式夹具连接，下部半圆形分片式夹具通过法兰盘、螺栓与扭转作动器连接。混合料试件通过环氧树脂粘结在模具中，模具通过锁紧螺母与上下部半圆形分片式夹具分别固定。

23、进一步地，所述的动力加载机构还包括依次相连的泵站、伺服控制器和液压分流站；所述的液压分流站分别与轴向作动器和扭转作动器相连。

24、具体来说，泵站、伺服控制器、液压分流站依次采用导管连接，液压分流站通过导管分别与轴向作动器、扭转作动器连接。液压顶向杆与支撑横梁和轴向作动器连接，顶向杆可在轴向作动器作用下进行竖直方向上的滑动。拉压扭剪一体传感器通过法兰盘与螺栓分别与扭转支撑横梁和延长杆固定。

25、进一步地，所述的装置还设有电子控制上位机，所述的电子控制上位机分别与拉压扭剪一体传感器、温度传感器、伺服控制器相连。其中，轴向作动器和扭转作动器由伺服控制器通过液压分流站控制，可同时进行扭转拉压组合位移，也可单独进行扭转或拉压位移。

26、与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

27、(1)本实用新型可对沥青混合料试件进行拉压、扭转或拉压扭转耦合作用，伺服控制器可通过液压分流站分别控制轴向和扭转液压系统，二者既可协同工作又可分别控制，可准确模拟实际道路情况中复杂应力情况；

28、(2)本实用新型可对最大粒径在26mm以下的各种级配类型沥青混合料试件进行测试，可从实际沥青路面直接钻芯取样，其环境箱温度范围在-50摄氏度至100摄氏度，可满足不同地区实际环境的模拟需求；

29、(3)本实用新型采用拉压扭剪一体传感器，可对沥青混合料应力应变情况进行实时检测，并实时传输到电子控制上位机，满足不同测试程序的实验需求。

技术特征：

1.一种沥青混合料动态分析装置，其特征在于，该装置包括机架，以及：

2.根据权利要求1所述的一种沥青混合料动态分析装置，其特征在于，所述的机架包括工作台，以及：

3.根据权利要求2所述的一种沥青混合料动态分析装置，其特征在于，所述的工作台包括台体、反力底板(2)和支撑底座(1)；所述的反力底板(2)一端与台体抵接，另一端与支撑底座(1)抵接。

4.根据权利要求2所述的一种沥青混合料动态分析装置，其特征在于，所述的拉压组件还包括相连的轴向作动器(9)和液压顶向杆(11)；所述的液压顶向杆(11)对称设置在工作台上；所述的轴向作动器(9)设置在工作台内；所述的液压顶向杆(11)包括外部套管，外部套管一端与工作台抵接，另一端设有与外部套管滑动连接的内杆；所述的内杆远离外部套管的一端与支撑横梁(7)抵接。

5.根据权利要求4所述的一种沥青混合料动态分析装置，其特征在于，所述轴向作动器(9)量程为±75mm，最大荷载为25kn。

6.根据权利要求2所述的一种沥青混合料动态分析装置，其特征在于，所述的环境箱(18)箱体内表面设有保温隔热层(27)；所述的保温隔热层(27)内设有制冷制热器(28)和温度传感器(29)；所述的工作台内设有与制冷制热器(28)相连的空气压缩机(26)。

7.根据权利要求1所述的一种沥青混合料动态分析装置，其特征在于，所述的扭转组件包括与放置组件相连的扭转作动器(10)。

8.根据权利要求7所述的一种沥青混合料动态分析装置，其特征在于，所述扭转作动器(10)量程为±45度，最大荷载为1kn.m。

9.根据权利要求7所述的一种沥青混合料动态分析装置，其特征在于，所述的放置组件包括用于装载沥青混合料试件(16)的模具(17)，以及对称设置在模具(17)两侧的夹具，位于模具(17)顶端的夹具与延长杆(14)相连，位于模具(17)底端的夹具与扭转作动器(10)相连。

10.根据权利要求4或7所述的一种沥青混合料动态分析装置，其特征在于，所述的动力加载机构还包括依次相连的泵站(21)、伺服控制器(22)和液压分流站(8)；所述的液压分流站(8)分别与轴向作动器(9)和扭转作动器(10)相连。

技术总结
本技术涉及一种沥青混合料动态分析装置，该装置包括机架，以及环境箱、动力加载机构、拉压扭剪一体传感器和试件固定机构；所述的环境箱位于机架中部；所述的试件固定机构包括垂直于水平面的延长杆和用于放置沥青混合料试件的放置组件；所述的延长杆与一端与放置组件相连，另一端插设在环境箱顶部且拉压扭剪一体传感器相连；所述的放置组件位于环境箱内。与现有技术相比，本技术可以在室内更真实模拟不同环境条件，给沥青混合料试件拉压应力和扭转应力，使沥青混合料可以在拉压应力、扭转应力或组合作用条件下加载，从而模拟不同车辆荷载作用于沥青路面所产生的动态力学响应。

技术研发人员：王嘉锐,吕泉,黄卫东,李跃春
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：20230607
技术公布日：2024/1/15