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1、(10)申请公布号 CN 102607958 A (43)申请公布日 2012.07.25 CN 102607958 A *CN102607958A* (21)申请号 201210078253.1 (22)申请日 2012.03.22 G01N 3/12(2006.01) (71)申请人 长沙理工大学 地址 410114 湖南省长沙市雨花区万家丽南 路二段 960 号 (72)发明人 关宏信 郑健龙 赵冰 罗增杰 (74)专利代理机构 长沙市融智专利事务所 43114 代理人 黄美成 (54) 发明名称 一种路面半刚性基层材料三向独立加载试验 方法及装置 (57) 摘要 本发明公开了一种路面半。
2、刚性基层材料三向 独立加载试验方法及装置， 该装置包括台座、 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 ； 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 ； 水平方向液压缸固定框架由 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 ； 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。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， 适合对如。
3、水泥稳 定碎石等半刚性基层材料实现三向独立加载。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页 1/1 页 2 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， 。
4、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。
5、两个液压缸由同一个液压泵驱 动。 2. 根据权利要求 1 所述的路面半刚性基层材料三向独立加载试验装置， 其特征在于， 加载板表面与试件表面之间涂刷有黏结材料层。 3. 根据权利要求 2 所述的路面半刚性基层材料三向独立加载试验装置， 其特征在于， 所述的黏结材料层为环氧树脂层。 4. 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。
6、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 ； 所述的待测试件为路面 半刚性基层材料试件， 所述的加载为施加压力或拉力。 5. 根据权利要求 4 所述的路面半刚性基层材料三向独立加载试验方法， 其特征在于， 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。。
7、 6. 根据权利要求 4 或 5 所述的路面半刚性基层材料三向独立加载试验方法， 其特征在 于 ： 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。 7. 根据权利要求 6 所述的路面半刚性基层材料三向独立加载试验方法， 其特征在于， 所述的黏结材料为环氧树脂。 权 利 要 求 书 CN 102607958 A 2 1/3 页 3 一种路面半刚性基层材料三向独立加载试验方法及装置 技术领域 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。 背景技术 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。
8、。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。 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， 。
9、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。 发明内容 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。 0005 发明的技术解决方案如下 ： 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 ； 0007 立柱为4。
10、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 ； 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 ； 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， 。
11、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 ； 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。 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。 说 明 书 CN 102607958 A 3 2/3 页 4 0012 加载板表面与试件表面之间涂刷有黏结材料层。 0013 所述的黏结材料层为环氧树脂层。 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。
12、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 ； 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 ； 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。 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。
13、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。 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。 0019 所述的黏结材料为环氧树脂。 0020 有益效果 ： 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。 0022 在压力室空间范围内能够改变。
14、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。 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。 附图说明 0024 图 1 为本发明加载产生的应力效果示意图 ； 0025 图 2 为反力架示意图 ； 0026 图 3 为 1方向 ( 即 Z 方向 ) 液压缸加载示意图 ； 0027 图 4 为 2、 3方向 ( 即 X 和 Y 方向 ) 液压缸加载示意图 ； 0028 图 5 为活塞头与压板联结方式及压。
15、力和拉力施加方式示意图。 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。 具体实施方式 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 ： 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 说 明 书 CN 102607958 A 4 3/3 页 5 制作， 联成一整体并通过地脚螺栓固定在地面。为实。
16、现独立加载， 三向荷载 1、 2、 3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。
17、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。 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 ； 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 ； 0034。
18、 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 ； 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。 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。 0037 所述的黏结材料层为环氧树脂层。 0038 所述 6。
19、 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。 0039 实施例 1 ： 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。 说 明 书 CN 102607958 A 5 1/2 页 6 图 1 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 102607958 A 6 2/2 页 7 图 4 图 5 说 明 书 附 图 CN 102607958 A 7 。