[发明专利]道路材料圆柱体试件双向交替劈裂试验的夹具与试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及道路材料的性能试验方法，尤其是道路材料圆柱体试件双向交替劈裂试验的夹具与试验方法。

背景技术

《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）中T0716-2011 “沥青混合料的劈裂试验”所采用的夹具和方法，是一种单方向加载的劈裂试验模式。是在沥青混合料的圆柱体试件的直径方向上对称施加沿纵轴向均匀分布的压力，测定试件的劈裂强度和变形。现有的劈裂疲劳试验使用与T0716-2011 “沥青混合料的劈裂试验”相同的夹具，在试件铅垂方向施加大小随时间变化的循环压缩荷载，使得试件产生水平方向的劈裂变形，测定试件在循环荷载作用下直至出现破坏时，荷载的作用次数，或者测定试验过程中试件的应力和应变等力学指标。

然而，大量研究成果表明，车轮通过时，路面结构层内部固定点的应力随时间的变化呈现拉-压交替变化特征。可见，现有的劈裂试验夹具和方法不能反映实际路面的受力特点，试验结果无法揭示实际路面材料的抗疲劳性能，难以预测路面的使用寿命。

发明内容

为解决上述相关问题，本发明提供一种道路材料圆柱体试件双向交替劈裂试验的夹具与试验方法，以便在铅垂方向施加交替的压缩-拉伸荷载，通过夹具传递，实现试件的铅垂方向和水平方向交替压缩-拉伸的疲劳试验模式。

双向交替劈裂试验夹具包括结构相同并且平行的前端面单元和后端面单元，以及两端面单元之间的连接件，前端面单元和后端面单元之间具有间隔；所述前端面单元和后端面单元均包括上翼板、下翼板、八块连接板；连接件包括上压条、下压条、侧压条、顶板和底板；其中上翼板和下翼板平行，八块连接板通过铰链连接，并且构成正八边形。该正八边形顶部的连接板与底部的连接板内表面分别焊接有上压条和下压条，顶部的连接板外表面再依次与上翼板以及顶板焊接，底部的连接板外表面再依次与下翼板及底板焊接，正八边形左右两侧的连接板内表面分别焊接有侧压条；正八边形顶部与底部两连接板的中心线与顶板、上翼板、上压条、底板、下翼板及下压条的中心线均重合，侧压条中心线与左右两侧的连接板的中心线重合；并且顶板中部设置有连接螺孔；底板中部设置有固定螺栓。

铰链的摩擦力小于0.1N。

所述上翼板两端分别设置有导孔，导杆一端穿过导孔并固定在下翼板两端。

所述上压条和下压条的长度大于圆柱体试件的长度。

所述压条的内侧曲率半径与圆柱体试件半径相同。

利用上述夹具进行道路材料圆柱体试件双向交替劈裂试验的方法，其具体步骤如下：

安装夹具：将夹具通过夹具底板中部的固定螺栓固定在试验机底座上；并通过顶板中部的连接螺孔与试验机的加载装置相连接；

安装试件：将圆柱体试件放置于夹具中，使试件两端各空出相等的距离；

双向交替劈裂试验的载荷施加：在夹具顶板的铅垂方向施加向下的压缩荷载，通过上、下压条在圆柱体试件的铅垂方向施加压应力；通过夹具传递，水平方向压条与圆柱体试件松开，试件铅垂方向产生压缩变形，水平方向产生拉伸变形；

在夹具顶板的铅垂方向施加向上的拉伸荷载，上、下压条与圆柱体试件松开，通过夹具的上翼板、下翼板以及正八边形的连接板将荷载传递至侧压条，在试件的水平方向施加压应力；试件水平方向产生压缩变形，铅垂方向产生拉伸变形；

循环上述压缩载荷和拉伸载荷的施加步骤，试件铅垂方向上承受交替的压缩-拉伸应力，产生交替的压缩-拉伸变形；试件水平方向上承受交替的拉伸-压缩应力，产生交替的拉伸-压缩变形，直至圆柱体试件开裂，即得到试件的拉-压交替的双向劈裂疲劳试验结果。

相对于现有技术，本发明所具有的优点如下：

（1）现行《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）中T0716-2011 “沥青混合料的劈裂试验”所采用的夹具和试验方法，是一种单方向加载的劈裂试验模式；本发明的劈裂试验夹具实现了铅垂和水平方向的交替压缩-拉伸载荷加载。

（2）现有的劈裂疲劳试验模式不能反映实际路面的受力特点，试验结果无法揭示实际路面材料的抗疲劳性能，难以预测路面的使用寿命；本发明双向交替劈裂夹具能够实现试件在水平方向和铅垂方向交替压缩-拉伸的疲劳试验模式，符合实际路面的受力特点，试验结果更有利于预测路面的使用寿命，为路面设计提供可靠依据。

（3）现有的劈裂试验夹具和方法只能研究材料在劈裂过程中的力学行为，本发明双向交替劈裂试验夹具和方法能够用来研究材料在压缩-拉伸交替作用下的力学行为。