[发明专利]路面结构及桥面铺装粘结界面抗剪特性的测试装置

说明书

技术领域

本发明属于道路工程领域，是一种路面结构及桥面铺装力学特性设备，涉及路面结构粘结界面和桥面铺装粘结界面抗剪特性的测试，适用于铺装结构的设计与研究、室内试验以及现场工程检测。

背景技术

粘结界面是路面结构以及桥面铺装的重要组成部分，如在桥面铺装中，它将铺装层与桥面板粘结成一个整体，充分发挥铺装层与桥面板的复合作用，改善桥面板与铺装层之间的受力状况，增强铺装层的疲劳抵抗性能。其主要作用是使桥面板和铺装下层成为一体，协调桥面板与铺装层变形，使两者共同承担车轮荷载的作用，它是整个桥面铺装结构形成有机整体的关键，其性能的好坏对桥面铺装的耐久性有着直接影响。当所设粘结界面的粘结力不足，抗水平剪切能力较弱时，路面结构或桥面铺装结构的整体性被破坏，在水平方向上易产生相对位移而发生剪切破坏，并产生推移、拥包、脱层等病害，车轮荷载的剧烈冲击作用还易使路面或桥面出现松散、剥落等病害，尤其在重载超载情况下，层间所受剪应力更大，破坏更为严重。因此为了检验粘结界面的粘结状态，指导路面或铺装结构设计和施工工艺，必须对其抗剪特性进行有效的测试。

目前国内外关于路面结构或桥面铺装粘结界面抗剪特性的测定还没有形成标准的试验方法，更没有统一的测试设备，大多参照土工试验原理，如直接剪切试验，无法模拟实际工程工作状况，对于路面或桥面铺装的适用性有待提高。

本发明的粘结界面抗剪特性测试装置，基于力学分析和试验经验，原理简单，操作方便，能够有效模拟路面及桥面铺装在行车荷载作用下的实际受力状况；通过单轴加载设备即可实现粘结界面所受的竖向力和水平力的综合作用；并且能够实现剪切角度的连续调整，满足不同路面结构或桥面铺装结构在各种车辆荷载作用下的不同受力工况的需要，使用范围广泛；加载方向通过装置中心，克服了直接剪切试验中由于荷载作用不对称而产生的弯矩影响，提高了装置的操作稳定性；试件尺寸可以调节，不仅适用于路面结构及桥面铺装，也可以用于工程结构，如钢混结构等涉及粘结界面的工程设计研究、室内试验和实际工程检测，为实际工程质量控制提供保障，具有良好的发展前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种路面结构及桥面铺装粘结界面抗剪特性的测试装置，为达此目的，本发明包括上、下两部分，每一部分包括承载板、滚轴、弧形基座、半圆形夹具、内部夹头、夹具固定装置，见图1。整个装置还包括角度刻度盘和角度指针等附属部件，用于指示剪切角度的大小。内部夹头用于放置方形试件，内部夹头与半圆形夹具连结在一起。半圆形夹具与内部夹头也可以合为一体，如图2所示。半圆形夹具的圆弧半径与弧形基座相同，两者紧密结合，可以相对转动，从而实现试件粘结界面剪切角度的连续变化。在设定某一角度后，通过夹具固定装置将半圆形夹具与弧形基座固定；基座的另一侧水平面通过滚轴与承载板滚动接触，可通过单轴加载设备的加载头对承载板进行加载，从而使承载板受荷载作用产生竖向位移的同时，也可以实现弧形基座与承载板之间的水平移动。其主要特点如下：

1、路面和桥面在车辆行驶荷载作用下，由于路面摩擦系数的存在，实际承受竖向力和水平力的综合作用，见图3所示，本装置通过剪切角的设置，能够体现竖向力与水平力的综合作用，有效模拟了工程实际，使工程设计或检测更为合理、精确。

根据图3，由于路面或桥面铺装受到车轮的竖向压力和水平摩擦力，其结构层之间的粘结界面必然受到竖向作用力σ和水平剪切力τ，采用tan α＝τ/σ表示水平剪切力与竖向作用力的比值，α即为剪切角。由于路面或桥面铺装的层间粘结界面的受力状态(包括剪切角)与结构层材料类型、厚度等几何参数、荷载类型、以及加载位置密切相关，因此针对每一种工况(确定的结构层材料类型、厚度等几何参数、荷载类型、以及加载位置)，须采用不同的剪切角进行试验，才能有效模拟现场工程结构的受力情况。

可以根据设计资料应用路面力学理论计算或桥面系结构理论计算获得剪切角度，也可以通过结构模拟数值分析获得剪切角度，还可以通过现场摩擦力测试、应变测试等方式分析得到剪切角度，以下以有限元模拟计算方法为例说明获得剪切角度的过程：

在调查我国高速公路沥青路面结构并参考沥青路面设计规范的基础上，拟定典型路面结构及其参数，如表1所示。

表1  典型路面结构及其参数