一种足尺路面加速加载试验装置及试验方法与流程

本发明涉及钢桥面铺装，尤其涉及一种足尺路面加速加载试验装置及试验方法。

背景技术：

1、随着现代交通迅速发展，铺面工程已成为路桥隧道建设关键技术之一。目前高速公路不断发展扩大，交通流量日益增加，重载货车比不断增大，且我国地域辽阔，铺面温度最高达70℃、最低约-20℃，由于铺面多为热固性材料，受温度影响性能变化明显，同时在大流量高重载的交通压力之下，多种耦合因素受力复杂，铺面结构耐久性问题日益突出，且影响行车的安全和舒适性能。

2、为了评估铺面结构路用性能和疲劳耐久性，一般仅通过小型缩尺结构试验进行测试，传统的试验检测和性能评估方法，无法满足实际铺面结构体系在大交通、高重载、温度循环耦合作用下的性能影响。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：提供一种足尺路面加速加载试验装置及试验方法，有效解决背景技术中的问题。

2、为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种足尺路面加速加载试验装置，包括：

3、限位平台，在中心位置放置有足尺试验件；

4、边界模拟模块，设置在所述限位平台上，包括固定框架、及在所述固定框架面向所述足尺试验件的水平四向均设置约束器，相对的两个约束器对称设置；

5、荷载加载器，在竖直方向至少设置两个，用于对足尺试验件的顶部施加载荷；

6、温度循环控制模块，设置在足尺试验件的承载面上，用于控制试验温度；

7、其中，一个所述荷载加载器向足尺试验件施加固定载荷，而另一个所述荷载加载器沿裂缝的长度方向滑动设置在所述固定框架上，并向所述足尺试验件施加载荷，而位于所述固定框架上设置加载频率控制模块，用于控制移动过程中所述荷载加载器的加载频率；

8、水平四向上对称设置的两个约束器中的一个约束器与足尺试验件侧壁固定连接，而所述加载频率控制模块控制另一约束器的加载频率。

9、进一步地，所述限位平台和所述约束器均采用螺栓与所述足尺试验件固定连接。

10、进一步地，所述温度循环控制模块包括扣板卡槽、纤维软管、水浴加热箱和温度传感器；

11、所述扣板卡槽间隔排布在所述足尺试验件的承压面上，所述纤维软管嵌入所述扣板卡槽的凹槽内，所述水浴加热箱的出口与所述纤维软管的进口连接，所述水浴加热箱的进口与所述纤维软管的出口连接；

12、所述温度传感器设置在所述足尺试验件的承压面上，用于检测铺面结构的温度，而所述纤维软管内流通的循环水对足尺试验件的承压面温度进行控制。

13、进一步地，所述荷载加载器包括钢架、及设置在所述钢架下方的钢垫板和模拟轮；

14、所述模拟轮的外侧包覆有橡胶层，所述模拟轮通过橡胶层向所述足尺试验件的顶面传递载荷。

15、本发明还提供了一种足尺路面加速加载试验方法，采用所述的足尺路面加速加载试验装置，包括以下步骤：

16、根据实际工程项目，制作足尺试验件，该足尺试验件包含铺面结构层、粘结层、混凝土、钢箱梁桥面、伸缩缝结构；

17、将足尺试验件放置于限位平台中心位置，并使用螺栓连接固定于限位平台、及固定框架水平四向相邻的两个约束器上；

18、在足尺试验件的承载面上设置温度循环控制模块，根据实际环境年气温变化规律，对试验温度进行控制；

19、利用边界模拟模块，在固定框架上设置水平四向和竖直方向的约束器，模拟实际道路的边界条件，并利用竖直方向的两个荷载加载器对足尺试验件进行施加荷载；

20、根据实际交通流量、车型比例和行车速度，通过加载频率控制模块控制加载频率，采用双轮荷载作用、正弦式循环模式进行加速加载试验；

21、在加速加载试验过程中，记录试验件的受力特征和结构响应，定期检查试验件的损伤情况，根据记录的数据和损伤检查结果，评估试验件的长期耐久使用性能，分析试验数据，确定试验件在多参数模拟条件下的性能表现，并编制相应的试验报告。

22、进一步地，所述试验温度随时间变化，并拟合实际环境年气温变化情况，得到试验温度的函数公式为：

23、t(t)＝at+bt2+ct3+dt4+e

24、式中：a、b、c、d为循环温度一、二、三、四阶温度变化模型，用于描述温度随时间变化的强度和模式，单位分别为℃/h、℃/h2、℃/h3、℃/h4；

25、e为实际环境年平均气温，单位：℃；

26、t为试验加载时间，单位：h。

27、进一步地，所述加载频率控制模块的加载频率依据实际流量频率fh和速度频率fv确定，而加载频率的范围为fh≤f≤fv。

28、进一步地，所述实际流量频率fh根据实际交通流量adt计算得到：

29、fh＝adt/3600

30、式中：adt为每小时交通量，单位pcu/h。

31、进一步地，所述速度频率fv根据车型比例p和行车速度v计算得到：

32、

33、式中：pn为n轴车型占总数的比例，常数；

34、vn为n轴车型平均速度，单位m/s；

35、n为车轴数量，n＝2、3、4、5、6；

36、1.3为调整因子，基于历史数据或经验得出的一个数值，用于确保计算结果与实际观测值相匹配。

37、进一步地，所述荷载加载器的试验荷载取值范围为min·f～max·f，而荷载放大系数max取1～10，荷载维持系数min取0.05～0.5；

38、等效循环荷载f基于实际轴载分布规律计算得到：

39、

40、式中：tl为轴重l的年平均交通量，单位，万次；

41、l为行车轴载重量，单位kg。

42、本发明的有益效果为：本发明该试验装置通过模拟实际路面在自然环境和交通荷载作用下的行为，可以更好地理解路面结构的响应机制，为路面结构设计和材料选择提供依据，促进结构优化。该试验方法适用于路桥隧铺面结构体系多因素耦合耐久性能研究，真实、准确、高效反映和评估实际路桥隧铺面工程的长期耐久使用性能，保障铺面结构的安全耐久性并提升行驶舒适性。

技术特征：

1.一种足尺路面加速加载试验装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的足尺路面加速加载试验装置，其特征在于，所述限位平台和所述约束器均采用螺栓与所述足尺试验件固定连接。

3.根据权利要求1所述的足尺路面加速加载试验装置，其特征在于，所述温度循环控制模块包括扣板卡槽、纤维软管、水浴加热箱和温度传感器；

4.根据权利要求1所述的足尺路面加速加载试验装置，其特征在于，所述荷载加载器包括钢架、及设置在所述钢架下方的钢垫板和模拟轮；

5.一种足尺路面加速加载试验方法，其特征在于，采用如权利要求1-4任一项所述的足尺路面加速加载试验装置，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的足尺路面加速加载试验方法，其特征在于，所述试验温度随时间变化，并拟合实际环境年气温变化情况，得到试验温度的函数公式为：

7.根据权利要求5所述的足尺路面加速加载试验方法，其特征在于，所述加载频率控制模块的加载频率依据实际流量频率fh和速度频率fv确定，而加载频率的范围为fh≤f≤fv。

8.根据权利要求7所述的足尺路面加速加载试验方法，其特征在于，所述实际流量频率fh根据实际交通流量adt计算得到：

9.根据权利要求7所述的足尺路面加速加载试验方法，其特征在于，所述速度频率fv根据车型比例p和行车速度v计算得到：

10.根据权利要求5所述的足尺路面加速加载试验方法，其特征在于，所述荷载加载器的试验荷载取值范围为min·f～max·f，而荷载放大系数max取1～10，荷载维持系数min取0.05～0.5；

技术总结本发明涉及钢桥面铺装技术领域，尤其涉及一种足尺路面加速加载试验装置及试验方法，包括：限位平台放置有足尺试验件；边界模拟模块包括固定框架、及水平四向设置的约束器；荷载加载器在竖直方向至少设置两个，温度循环控制模块设置在足尺试验件的承载面上，一个荷载加载器向足尺试验件施加固定载荷，另一个荷载加载器沿裂缝的长度方向滑动设置，加载频率控制模块控制移动荷载加载器的加载频率；一个约束器与足尺试验件侧壁固定连接，加载频率控制模块控制另一约束器的加载频率，能够模拟实际路面在自然环境和交通荷载作用下的行为，为路面结构设计和材料选择提供依据，真实、准确、高效反映和评估实际路桥隧铺面工程的使用性能。技术研发人员：张辉,张志祥,崔磊,李娣,罗瑞林,赵梦龙,户旭受保护的技术使用者：江苏中路工程技术研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/29