路面材料拉伸、壓縮、劈裂回彈模量同步測試方法及裝置制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種路面材料拉伸、壓縮、劈裂回彈模量同步測試方法及裝置。利用MTS多功能材料測試系統(tǒng)對試件進行劈裂加載試驗，推導出路面材料試件在劈裂加載時的拉伸模量與壓縮模量計算公式；在試件前后的水平徑向和豎直徑向的中心分別貼上電阻應變片，測得試件中心位置的平均拉應變和平均壓應變后，利用位移傳感器測得試件水平徑向的變形，代入公式即可得到材料的劈裂模量、拉伸模量和壓縮模量測試結(jié)果。利用本發(fā)明專利技術(shù)通過一次試驗即可同時測得材料的三種模量，提高了路面材料模量測試的精確度及試驗效率，降低了室內(nèi)試驗測試的成本，并可為考慮材料拉、壓模量差異的耐久性路面科學設計提供準確的設計參數(shù)。

Synchronous testing method and device for pavement material tensile, compression and split resilient modulus

The invention discloses a synchronous testing method and device for pavement material tensile, compression and split resilient modulus. The use of MTS multifunctional material testing system for splitting loading on the test specimen, deduces the pavement material specimen under loading of the splitting tensile modulus and compressive modulus calculation formula; in the vertical and horizontal radial specimens before and after the diameter to the center are respectively pasted on resistance strain gauge, the measured specimen center position of the average the average tensile strain and compressive strain, the measured deformation level using radial displacement sensor into the formula can get the material splitting modulus, tensile modulus and compression modulus test results. By using the invention three modulus of a test to pass at the same time measured materials, improves the precision and efficiency of test test pavement material modulus, reduce indoor test cost, and can provide accurate parameters for the design considering the durability of pavement material tensile and compressive modulus of scientific design differences.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
路面材料拉伸、壓縮、劈裂回彈模量同步測試方法及裝置
本專利技術(shù)涉及道路工程領(lǐng)域路用材料模量室內(nèi)測試技術(shù)方法，尤其涉及半剛性基層材料和瀝青混合料的拉伸、壓縮、劈裂回彈模量測試裝置及方法。
技術(shù)介紹
現(xiàn)階段我國瀝青路面設計方法采用結(jié)構(gòu)層材料各向同性假設的彈性層狀體系理論，在路面結(jié)構(gòu)設計時簡單采用無側(cè)限抗壓回彈模量作為設計參數(shù)。然而經(jīng)大量試驗證明，路用半剛性基層材料和瀝青混合料均表現(xiàn)出拉、壓模量不等的各向異性性質(zhì)，且一般抗壓模量遠大于抗拉模量。在路面結(jié)構(gòu)層的實際受力中，一般同時存在拉應力區(qū)與壓應力區(qū)，尤其是采用水泥穩(wěn)定碎石材料的半剛性基層，一般處于上部受壓、下部受拉的應力狀態(tài)。因此在進行路面力學計算時簡單地采用較大的抗壓回彈模量作為材料結(jié)構(gòu)設計參數(shù)，將導致高估路面材料的力學性能，從而使得設計計算結(jié)果存在較大誤差，偏于不安全，嚴重影響實際路面的使用性能與使用壽命。現(xiàn)行規(guī)范中采用瀝青混合料抗壓回彈模量，且要求按此模量計算得出的層底拉應力應小于或等于容許拉應力，而該容許拉應力則是通過瀝青混合料劈裂試驗測得的劈裂強度除以抗拉強度結(jié)構(gòu)系數(shù)而得；所以，抗壓回彈模量與劈裂強度這兩個參數(shù)的選取就存在不對應關(guān)系，這也是當前瀝青路面設計規(guī)范中的一個不足之處，需進行適當修改或完善。現(xiàn)行路面材料試驗規(guī)程中材料模量的測試方法，主要有抗壓回彈模量測試，劈裂回彈模量測試，彎拉回彈模量測試。抗壓回彈模量測試主要分為頂面法或承載板法，兩者均是在無側(cè)限單向受壓狀態(tài)下進行試驗；彎拉回彈模量試驗，雖然考慮到了路面結(jié)構(gòu)層材料實際處于上部受壓、下部受拉的應力狀態(tài)，但模量計算的理論是基于混合料拉、壓模量相同的假設，且沒有考慮剪切作用對撓度的影響，導致計算出的彎拉模量誤差較大，不能準確地反應材料的真實力學性能；劈裂回彈模量是一種間接拉伸試驗，其應力狀態(tài)與路面結(jié)構(gòu)層真實應力狀態(tài)較為接近。因此，本專利技術(shù)針對現(xiàn)有瀝青路面設計的缺陷和試驗規(guī)程的不足，考慮材料拉、壓模量不同的本構(gòu)關(guān)系，進而為開展精準化的路面力學分析提供了參數(shù)依據(jù)；這對節(jié)約路面材料室內(nèi)試驗成本，提高路面材料模量測試的準確性及試驗效率，以及提高瀝青路面結(jié)構(gòu)設計的精度具有重要意義。
技術(shù)實現(xiàn)思路
針對現(xiàn)行路面材料試驗規(guī)程中材料模量的測試方法均是以拉、壓模量相同的各向同性假設為前提的，帶來與實際的材料特性存在較大出入的問題，本專利技術(shù)旨在提供一種可在路面材料真實應力狀態(tài)下同時測量材料靜態(tài)或動態(tài)拉伸模量、壓縮模量、劈裂模量的同步測試裝置及測試方法，以期獲得路面材料真實應力狀態(tài)下的拉伸模量、壓縮模量、劈裂模量，從而更好地指導工程實踐，提高我國路面結(jié)構(gòu)設計的精度。為了實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用如下技術(shù)方案：路面材料拉伸、壓縮、劈裂回彈模量同步測試方法，包括如下步驟：S1制成試件后，確定好試件正面的水平徑向位置，以及背面的豎直徑向位置，并做好標記；然后在試件正面的水平徑向位置和背面的豎直徑向位置分別貼上相應方向的應變片，其中每個應變片的中點均要與所在面的中心重合；將應變片連接到應變采集儀；S2將按照步驟S1準備好的試件放在MTS多功能材料測試系統(tǒng)的劈裂試驗支座上，并調(diào)整使劈裂試驗的壓頭與試件初步接觸；S3在試件上由MTS多功能材料測試系統(tǒng)施加縱向集中載荷P，根據(jù)需要選擇應力控制模式或位移控制模式，然后啟動應變采集儀，并執(zhí)行MTS多功能材料測試系統(tǒng)上的劈裂靜態(tài)回彈模量測試程序；S4劈裂靜態(tài)回彈模量測試程序執(zhí)行完成后，停止應變采集儀，然后導出MTS多功能材料測試系統(tǒng)中實時加載的荷載值數(shù)據(jù)和應變采集儀上的試件在水平徑向與豎直徑向上的回彈應變值；S5按照下式計算出各級加載的試件的拉伸回彈模量Ex、壓縮回彈模量Ey以及劈裂回彈模量E；其中：Ex為拉伸回彈模量；Ey為壓縮回彈模量；E為劈裂回彈模量；P為步驟S3中所施加的縱向集中載荷；D為試件的直徑；L為試件的厚度；l為應變片長度；εH為水平徑向上應變片的平均回彈拉應變，εV為豎直徑向上應變片的平均回彈壓應變；μ為泊松比。需要說明的是，步驟S3的具體步驟如下：3.1)在進行試件劈裂靜態(tài)模量測試之前，需在MTS多功能材料測試系統(tǒng)上，按劈裂靜態(tài)模量測試對應的加載速率和試驗溫度進行試件的劈裂強度試驗，即確定試件相同條件下的劈裂破壞荷載峰值Pm；3.2)由MTS多功能材料測試系統(tǒng)通過位移控制方式先使MTS多功能材料測試系統(tǒng)的壓頭與試件充分接觸，并作用穩(wěn)定的較小的荷載，然后將壓頭的荷載和位移清零，同時對應變采集儀的初始應變進行平衡和清零處理；3.3)分別取0.1Pm、0.2Pm、0.3Pm、0.4Pm、0.5Pm、0.6Pm、0.7Pm七級作為試驗荷載，以所需的加載速率加載至0.2Pm進行預壓，并保持一分鐘，然后執(zhí)行逐級加載的施荷程序，即按設定的加載速率加載至每級預定的荷載，然后按設定的加載速率卸載至零，保持半分鐘，完成一級的加載-卸載-穩(wěn)定的循環(huán)；步驟S4的具體步驟如下：將MTS多功能材料測試系統(tǒng)的逐級荷載數(shù)據(jù)導出，以每級循環(huán)的最大荷載作為該級的作用荷載Pi，將應變采集儀采集的逐級水平徑向和豎直徑向的應變數(shù)據(jù)導出，把每級的水平徑向和豎直徑向初始卸荷實時應變與保持半分鐘末的實時應變作差并取絕對值，并將之作為該級的水平徑向上應變片的平均回彈拉應變和豎直徑向上應變片的平均回彈壓應變；步驟S5中，根據(jù)每級加載對應的縱向集中載荷、水平徑向上應變片的平均回彈拉應變和豎直徑向上應變片的平均回彈壓應變按照公式分別計算各級加載的拉伸回彈模量Ex、壓縮回彈模量Ey以及劈裂回彈模量E；然后分別取各級加載的拉伸回彈模量的平均值、各級加載的試件的壓縮回彈模量的平均值和各級加載的試件的劈裂回彈模量的平均值作為最終的試件的拉伸回彈模量、壓縮回彈模量和劈裂回彈模量。進一步需要說明的是，步驟S5中，分別取2-7級加載的拉伸回彈模量的平均值、2-7級加載的試件的壓縮回彈模量的平均值和2-7級加載的試件的劈裂回彈模量的平均值作為最終的試件的拉伸回彈模量、壓縮回彈模量和劈裂回彈模量。需要說明的是，步驟S2中，在劈裂試驗的壓頭和劈裂試驗支座上涂凡士林。實現(xiàn)上述路面材料拉伸、壓縮、劈裂回彈模量同步測試方法的裝置，包括：MTS多功能材料測試系統(tǒng)：用于對試件試驗時的加載控制；壓頭和支座：用于試件的施載和承載；至少兩個應變片，其中一個應變片用于貼在試件正面水平徑向的中心，用于采集劈裂試件中心處水平方向的平均應變；另一個應變片用于貼在時間背面的豎直徑向的中心，用于采集劈裂試件中心處豎直方向的平均應變；應變片中點要與試件的中心重合；應變采集儀：連接于所有的應變片，用于采集所有應變片的應變數(shù)據(jù)。進一步地，應變片的長度在滿足試件最大粒徑的相關(guān)限制條件下應該盡可能地短。本專利技術(shù)的有益效果在于：本專利技術(shù)提供一種方法及裝置，使得可以實現(xiàn)在路面材料真實應力狀態(tài)下同時測量材料靜態(tài)或動態(tài)拉伸模量、壓縮模量、劈裂模量的測試裝置及測試方法，以期獲得路面材料真實應力狀態(tài)下的拉伸模量、壓縮模量、劈裂模量，從而更好地指導工程實踐，提高我國路面結(jié)構(gòu)設計的精度。附圖說明圖1為本專利技術(shù)的原理示意圖；圖2為測試中試件的受力示意圖；圖3和圖4分別為試件中心(即應變片中點)到水平應變片端部和豎向應變片端部l/2處線性距離均勻地分為n小段的示意圖。具體實施方式以下將結(jié)合附圖對本專利技術(shù)作本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
路面材料拉伸、壓縮、劈裂回彈模量同步測試方法，其特征在于，包括如下步驟：S1制成試件后，確定好試件正面的水平徑向位置，以及背面的豎直徑向位置，并做好標記；然后在試件正面的水平徑向位置和背面的豎直徑向位置分別貼上相應方向的應變片，其中每個應變片的中點均要與所在面的中心重合；將應變片連接到應變采集儀；S2將按照步驟S1準備好的試件放在MTS多功能材料測試系統(tǒng)的劈裂試驗支座上，并調(diào)整使劈裂試驗的壓頭與試件初步接觸；S3在試件上由MTS多功能材料測試系統(tǒng)施加縱向集中載荷P，根據(jù)需要選擇應力控制模式或位移控制模式，然后啟動應變采集儀，并執(zhí)行MTS多功能材料測試系統(tǒng)上的劈裂靜態(tài)回彈模量測試程序；S4劈裂靜態(tài)回彈模量測試程序執(zhí)行完成后，停止應變采集儀，然后導出MTS多功能材料測試系統(tǒng)中實時加載的荷載值數(shù)據(jù)和應變采集儀上的試件在水平徑向與豎直徑向上的回彈應變值；S5按照下式計算出各級加載的試件的拉伸回彈模量E

【技術(shù)特征摘要】
1.路面材料拉伸、壓縮、劈裂回彈模量同步測試方法，其特征在于，包括如下步驟：S1制成試件后，確定好試件正面的水平徑向位置，以及背面的豎直徑向位置，并做好標記；然后在試件正面的水平徑向位置和背面的豎直徑向位置分別貼上相應方向的應變片，其中每個應變片的中點均要與所在面的中心重合；將應變片連接到應變采集儀；S2將按照步驟S1準備好的試件放在MTS多功能材料測試系統(tǒng)的劈裂試驗支座上，并調(diào)整使劈裂試驗的壓頭與試件初步接觸；S3在試件上由MTS多功能材料測試系統(tǒng)施加縱向集中載荷P，根據(jù)需要選擇應力控制模式或位移控制模式，然后啟動應變采集儀，并執(zhí)行MTS多功能材料測試系統(tǒng)上的劈裂靜態(tài)回彈模量測試程序；S4劈裂靜態(tài)回彈模量測試程序執(zhí)行完成后，停止應變采集儀，然后導出MTS多功能材料測試系統(tǒng)中實時加載的荷載值數(shù)據(jù)和應變采集儀上的試件在水平徑向與豎直徑向上的回彈應變值；S5按照下式計算出各級加載的試件的拉伸回彈模量Ex、壓縮回彈模量Ey以及劈裂回彈模量E；其中：Ex為拉伸回彈模量；Ey為壓縮回彈模量；E為劈裂回彈模量；P為步驟S3中所施加的縱向集中載荷；D為試件的直徑；L為試件的厚度；l為應變片長度；εH為水平徑向上應變片的平均回彈拉應變，εV為豎直徑向上應變片的平均回彈壓應變；μ為泊松比。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的路面材料拉伸、壓縮、劈裂回彈模量同步測試方法，其特征在于，步驟S3的具體步驟如下：3.1)在進行試件劈裂靜態(tài)模量測試之前，需在MTS多功能材料測試系統(tǒng)上，按劈裂靜態(tài)模量測試對應的加載速率和試驗溫度進行試件的劈裂強度試驗，即確定試件相同條件下的...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：呂松濤，鄭健龍，李亦鵬，樊喜雁，
申請(專利權(quán))人：長沙理工大學，
類型：發(fā)明
國別省市：湖南,43