[发明专利]模拟交通荷载的道路融冰模型试验装置及试验方法

摘要

本发明提供一种模拟交通荷载的道路融冰模型试验装置及其试验方法。本发明提出的装置位于恒温模型试验室中，由沥青道路模型、交通荷载施加装置、伺服油源、控制器组成。沥青道路模型包括面层、基层、底基层和垫层，为按照规范制备的标准试样，其中预先埋置了电热导线和光纤光栅传感器，交通荷载施加装置由作动器、交通荷载模拟箱以及反力框架组成，通过控制作动器和电机的运行可以控制输出多种交通荷载组合。本发明可以根据道路类型、交通指标和气候条件，研究各种工况条件下电热融冰式沥青道路的材料耐久度特性，试验现象易于观察，数据精度较高，弥补了国内在该领域研究中试验手段的空白。

主权项

1.模拟交通荷载的道路融冰模型试验装置，其特征在于：整个模型试验装置位于恒温模型试验室中，模型试验装置由沥青道路模型、交通荷载施加装置、伺服油源(1)、控制器(30)组成；所述的恒温模型实验室为实验平台提供封闭的室内空间，配备有低温设备与温度保持装置，可以保证模拟交通荷载的道路融冰模型试验装置能够长时间处于0℃以下的低温试验条件中；所述伺服油源(1)为向作动器(2)提供动力的机械装置，所述控制器(30)为整个装置的控制单元，伺服油源(1)、作动器(2)、电机(7)及传感器均与其直接相连，并受其控制；所述的沥青道路模型自上而下包括：道路模型面层上层(21)、道路模型面层中层(22)、道路模型面层下层(23)、道路模型基层(24)、道路模型底基层(25)和道路模型垫层(26)，在道路模型基层(24)中部预先埋置“S”型纵向排布的加热导线(27)，在道路模型面层下层(23)中部预先埋置平行横向排布的光纤光栅应变传感器(28)，在道路模型面层上层(21)放置结冰探头，所述道路模型按照沥青路面铺设规范进行预制施工，养护脱模后放置在交通荷载施加装置下方；所述加热导线(27)直接与控制器(30)相连，由控制器(30)控制其发热效率，所述光纤光栅应变传感器(28)与控制器(30)相连，由控制器(30)接收记录其监测应变信号；所述交通荷载施加装置包括：作动器(2)、作动器伸缩杆(3)、压力传感器(4)、位移传感器(5)、循环荷载箱(6)、电机(7)、电机传动轮(8)、荷载轮传动轮(9)、荷载滚轮轴(10)、传动带(11)、荷载滚轮(12)、荷载滚轮支架(13)、框架柱(14)、框架梁(15)、循环荷载箱框架(16)、循环荷载箱承载板(17)、循环荷载箱面板(18)、电机支架(19)、轴承(20)；框架柱(14)和框架梁(15)形成门型框架，作为交通荷载施加装置的反力支架；作动器(2)竖向安装于框架梁(15)的上部，作动器(2)的上端固定有位移传感器(5)，作动器(2)的作动器伸缩杆(3)穿过框架梁(15)，其下端与压力传感器(4)相连，压力传感器(4)固定在循环荷载箱承载板(17)上，循环荷载箱承载板(17)牢固固定在循环荷载箱(6)上方；循环荷载箱(6)为框架型箱体结构，其外部由多块循环荷载箱面板(18)安装在循环荷载箱框架(16)构成，循环荷载箱框架(16)是循环荷载箱(6)主要传力结构；电机支架(19)牢固吊装在循环荷载箱框架(16)上部框架的下方，电机(7)安装在电机支架(19)的底板上，电机(7)的转轴向下伸出，连接两个电机传动轮(8)；两根荷载滚轮轴(10)竖向安装在循环荷载箱框架(16)内的前后位置，两根荷载滚轮轴(10)的中部分别配置一个荷载轮传动轮(9)，两个荷载轮传动轮(9)分别通过传动带(11)与荷载轮传动轮(9)相连，电机(7)转动带动电机传动轮(8)高速转动，通过传动带(11)带动荷载轮传动轮(9)低速转动；两根荷载滚轮轴(10)的下端分别连接固定一个“Y”型的荷载滚轮支架(13)，每个荷载滚轮支架(13)的三个端部分别固定一个荷载轮(12)；两根荷载滚轮轴(10)通过固定在循环荷载箱框架(16)上对应位置的轴承(20)提供稳定的支撑；两组一共六个荷载轮(12)直接与沥青道路模型的上表面接触；作动器(2)、压力传感器(4)、位移传感器(5)均直接与控制器(30)相连，控制器(30)控制作动器(2)的伸缩情况和施加轴力大小，电机(7)直接与控制器(30)相连，控制器(30)控制电机(7)的旋转速率，使得电机荷载轮(12)能够按照设定的竖向压力和旋转速率向沥青道路模型施加循环交通荷载。