一种高温疲劳试验装置及其树脂混凝土高温疲劳试验方法
阅读说明：本技术 一种高温疲劳试验装置及其树脂混凝土高温疲劳试验方法 (High-temperature fatigue test device and resin concrete high-temperature fatigue test method thereof ) 是由 徐速 徐斌 尤其 李德可 赵宏雨 刘佳 于 2021-08-16 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种高温疲劳试验装置及其树脂混凝土高温疲劳试验方法。针对现有疲劳试验方法在测试树脂混凝土铺装结构时精度不足、尺寸种类少、温度不可控等问题,本发明提供一种包括安装部、固定部、施力部的高温疲劳试验装置及其试验方法,通过将树脂混凝土铺装于安装部之上,固定部根据安装部的大小固定安装部,施力部设定温度和载荷并作用于树脂混凝土铺装结构时间,从而达到对设定尺寸的树脂混凝土铺装结构试件在设定温度和设定频率、振幅载荷下的高精度疲劳试验。(The invention provides a high-temperature fatigue test device and a resin concrete high-temperature fatigue test method thereof. The invention provides a high-temperature fatigue test device and a high-temperature fatigue test method for a resin concrete pavement structure, aiming at the problems of insufficient precision, few size types, uncontrollable temperature and the like when the existing fatigue test method is used for testing the resin concrete pavement structure.)
技术领域
本发明涉及桥梁工程试验领域，具体涉及一种高温疲劳试验装置及其树脂混凝土高温疲劳试验方法。
背景技术
铺装结构作为保护钢桥面板的重要结构，在重复荷载下与钢桥面板的协同变形能力以及铺装层本身的抗疲劳开裂能力是影响铺装层及钢桥面板使用寿命的重要因素。当前的疲劳试验方法虽然可适用的铺装材料较多，但普适性越高，精度越低，无法满足特定材料的试验要求。随着铺装结构研究的不断深入，疲劳试件的尺寸需要不断变化以适配不同的结构要求，使得该结构下的疲劳试件更具代表性，更能接近原桥面的实际受力及响应情况。同时，高温下的疲劳试验也对传统的疲劳试验方法提出了一定的挑战。对于树脂混凝土，其铺装结构多样性及材料本身的特殊性使得传统的疲劳试验方法无法满足树脂混凝土疲劳试验要求，因此，迫切需要一种树脂混凝土高温疲劳试验方法。
发明内容
因此，本发明提供一种高温疲劳试验装置以及一种树脂混凝土高温疲劳试验方，有效解决树脂混凝土铺装结构疲劳试验精度不足、尺寸种类少、温度不可控等问题。
一种高温疲劳试验装置，包括：安装部、固定部、施力部，安装部置于固定部之上，施力部置于安装部之上。安装部用于铺装树脂混凝土铺装结构试件，固定部用于固定树脂混泥土铺装结构试件，施力部用于对树脂混凝土试件进行测试。高温疲劳装置使用时，先将树脂混凝土路面铺装按照设计的制备方法铺设于安装部，待树脂混凝土固化至试验设定的时间，将带有树脂混凝土铺装的安装部放置于固定部之上，固定部将安装部根据其设计的大小进行固定，之后施力部按照疲劳试验设计的力、频率等进行测试。通过将安装部设置于固定部之上，可以使树脂混凝土铺装与地面或者测试平台有一定的间隙，这样施力部进行检测时，可以设置树脂混凝土铺装具有一定的形变，丰富了测试的树脂混凝土铺装的尺寸、种类和状态。
进一步地，安装部包括受力挡板、底板，受力挡板设置有至少两个，受力挡板连接于所述底板。安装部使用时，底板主要是充当树脂混凝土铺装结构中桥面钢板的作用，底板的大小可以根据疲劳试验设计的树脂混凝土铺装的尺寸的大小进行选择和调整，即可以测试不同大小尺寸的树脂混凝土铺装。受力挡板通常设置有2个，连接于底板与树脂混凝土铺装相对一侧的的两端，如果树脂混凝土铺装的尺寸较大，可以连接3-5个受力挡板，受力挡板使树脂混凝土铺装结构试件可以中空的悬挂在固定部之上。在铺设树脂混凝土铺装时，还会用到可拆卸挡板，可拆卸挡板可以控制树脂混凝土铺装结构试件的大小、形状、厚度等，在未进行铺装前，将可拆卸挡板设置于需要进行树脂混凝土铺装一面的底板，根据设计的大小、形状安置可拆卸挡板，然后进行树脂混凝土铺装的铺设。
进一步地，固定部包括支撑板、限位螺栓、托辊部件、辊轴、限位挡板，托辊部件设置有至少4个，所述托辊部件位于所述支撑板之上，所述辊轴置于所述托辊部件之上，所述限位螺栓位于所述托辊部件和所述辊轴之间，所述限位挡板的两端分别连接在所述托辊部件。支撑板起到支撑整个试验装置的作用。托辊部件的主要作用是支撑安装部与支撑板之间有一定的空隙，若树脂混凝土铺装的特别厚，可以增加托辊部件的高度，以抬高安装部；托辊部件还可以限定辊轴的转动方向和固定辊轴的位置，一般将4个托辊部件设置于支撑板的四个角落位置，并将辊轴的转动方向设置为同一条直线上的平行运动。辊轴可以沿自身曲面滚动，不提供弯矩，同时，辊轴还可以为安装部提供直接支撑作用，通常是辊轴与受力挡板直接接触，辊轴通过转动来移动受力挡板，从而实现树脂混凝土铺装的移动，在疲劳试验时，可以对铺装不同的位置进行检测，增加了疲劳试验的检测种类，使得到的检测更加准确。限位螺栓用于限制辊轴的转动，防止在疲劳试验时铺装进行滑移。限位挡板用于进一步固定树脂混凝土铺装结构试件，主要是固定树脂混凝土铺装的侧面，限制树脂混凝土铺装结构试件的纵向移动范围，若试验的作用力特别大时，也可以在树脂混凝土铺装的侧片四周安装限位挡板，固定铺装不会大范围的移动，确保检测数据的准确性和精度。
进一步地，施力部包括动力部、连接轴和施力件。动力部提供各种大小、强度、频率、方向等的作用力，连接轴的一端和动力部连接，连接轴的另一端与不同种类的施力件进行连接，通过连接轴的连接可以将各种大小、强度、频率、方向等的作用力通过施力件作用于树脂混凝土铺装。施力件用于直接与树脂混凝土铺装结构接触，根据不同的测试条件和要求施力件有不同的形状、大小等设计，可以选择与铺装接触的形状、接触面的大小等条件。因此，可以在疲劳试验时设计多种组合的作用力、接触形状等，扩大了检测的范围，提高了检测的准确性和精确度。
本发明还提供一种使用上述高温疲劳试验装置的树脂混凝土高温疲劳试验方法，包括以下步骤：
S10：对底板进行除锈处理；
S20：在底板表面涂布树脂防水粘结剂；
S30：铺设树脂混凝土；
S40：组装高温疲劳试验装置；
S50：加载、试验。
由于将底板作为树脂混凝土铺装底层的钢板，因此底板通常选择钢板或者是钢板代替物，在进行树脂混凝土铺设时，通常先对钢板进行除锈，再涂布树脂防水粘结剂，然后再铺设上面的树脂混凝土层，根据不同的设计，树脂混凝土可以是单层或者多层的结构，步骤S10-S30是对树脂混凝土铺装按照实际的铺装进行一个模拟的铺设，尽可能的还原铺设的环境。在铺装时，如果需要检测的环境是高温条件下，即在铺装时将安装部放置于高温环境下进行铺装。步骤S40是将上述的疲劳试验装置按照固定部在下、安装部在固定部之上、施力部在安装部之上这样的顺序进行安装。步骤S50是在组装完成的高温疲劳试验装置之上通过控制施力部进行疲劳试验，试验过程中可以设定试验的温度，也可以改变试验的温度。
进一步地，除锈处理使所述钢板的表面粗糙度达到50-100um，清洁度达到Sa2.5。钢板的粗糙度和清洁度对铺装结构的粘结性有一定的影响，如果未达到相关的标准，容易使铺装完成的树脂混凝土铺装从钢板上脱落或者滑移，对试验的精确度、准确性造成影响。
进一步地，树脂防水粘结剂的用量为0.1-1.0kg/m2。树脂防水粘结剂主要用于对底板进行防腐处理，同时增加底板与上层铺装间的粘结。控制防水粘结剂的用量使得粘结剂不会太薄出现未涂覆的情况，或者太厚影响上层铺装的性能。
进一步地，树脂混凝土的铺设为将树脂混凝土拌和后置于底板之上。在底板上将需要进行疲劳试验的方案，按照设计的铺设材料、顺序、时间等进行铺设，待树脂混凝土铺装铺设完成后，再选择需要进行疲劳试验的固化状态的树脂混凝土铺装的相关部位进行疲劳试验，试验还可以选择以及改变温度。
进一步地，树脂混凝土的铺设包括以下步骤：
S10：在底板上设置可拆卸挡板；
S20：将强度结构置于可拆卸挡板内，喷涂树脂防水粘结剂；
S30：将树脂混凝土置于可拆卸挡板和底板构成的空间内；
其中强度结构包括钢筋网片。
设置可拆卸挡板，主要用于控制树脂混凝土铺装的形状，因为大部分用于树脂混凝土铺装的材料是流体，在铺设的时候形状并不固定，需要依靠可拆卸挡板进行固行。强度结构是树脂混凝土铺装中经常用到的结构，主要包括钢筋网片、玻璃纤维布等，可以增加树脂混凝土铺装的韧性、强度等性能。在强度结构上喷涂树脂防水粘结剂主要也是考虑到强度结构多数含有金属的材料，需要进行防水处理，而且强度结构设置于树脂混凝土铺装的最上层与最下层之间，在其上喷涂防水粘结剂可以增加对底板的防水。最后，将树脂混凝土置于底板和可拆卸挡板组成的空间内，单层或者两层的铺装可以采用一次将树脂混凝土倒入的方式，多层的铺装则需要分多次将不同材料配比的树脂混凝土倒入。
进一步地，所述加载包括气动加载、液压加载中的至少一种，所述试验包括加载正弦循环载荷、温度控制。动力部的加载方式多样化，即可以配适多种仪器进行试验。正弦循环载荷的频率及振幅可以根据试件的性能参数进行调整。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例高温疲劳试验装置示意图。
图2为本发明实施例安装部示意图。
图3为本发明实施例固定部示意图。
图4为本发明实施例施力部示意图。
图5为本发明实施例试验结果对比图。
附图标记说明：
1-底板，2-受力挡板，3-树脂混凝土铺装，4-施力件，5-辊轴，6-托辊部件，7-限位螺栓，8-限位挡板，9-支撑板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
【实施例1】
如图1、图2所示，本实施例提供同一种高温疲劳试验装置，包括底板1、受力挡板2、施力部、固定部。在底板1两端连接受力挡板2。使用时在底板1连接受力挡板2的另一面上铺设设计的树脂混凝土铺装，可以是一层，也可以是多层。铺设完成后，等待一段时间，等到树脂混凝土铺装固化，将受力挡板2朝上，铺装朝下放置于固定部，将底板1固定后，在其上通过施力部加载应力，并控制试验的温度。
【实施例2】
如图1、图3所示，本实施例提供同一种高温疲劳试验装置，包括辊轴5、托辊部件6、限位螺栓7、支撑板9、安装部、施力部。4个托辊部件6分别设置于长方形支撑板9的四个角的位置，控制4个托辊部件6的方向一致。将4个辊轴5分别放置于托辊部件6的上部。在安装部铺设完树脂混凝土铺装之后，将安装部放置于辊轴5之上，依靠辊轴5移动安装部，使其放置于疲劳试验进行的位置。利用限位螺栓7固定辊轴5，使其不能滚动，在其上的安装部也不能移动。在安装部之上加载施力部开始疲劳试验。
【实施例3】
如图1、图4所示，本实施例提供同一种高温疲劳试验装置，包括动力部、连接轴、施力件4、安装部、固定部。在安装部上铺设树脂混凝土铺装，待树脂混凝土铺装固化后，将安装部固定于固定部。在动力部设置载荷的频率、振幅，通过连接轴将施力件4和动力部连接。将施力件4与树脂混凝土铺装接触，开始疲劳试验。
【实施例4】
如图1、图2、图3、图4所示，本实施例提供一种高温疲劳试验装置，包括底板1、受力挡板2、树脂混凝土铺装3、施力件4、辊轴5、托辊部件6、限位螺栓7、限位挡板8、支撑板9、可拆卸挡板。其中底板1、受力挡板2、树脂混凝土铺装3以及可拆卸挡板构成安装部，如图2所示，受力挡板2分别焊接在底板1的两端，可拆卸挡板设置于底板1的另一面，将树脂混凝土料倒入可拆卸挡板和底板1组成的空间，待树脂混凝土凝固后，拆除可拆卸挡板，得到树脂混凝土铺装结构试件。其中辊轴5、托辊部件6、限位螺栓7、限位挡板8、支撑板9构成固定部，如图3所示，4个托辊部件位6分别于支撑板9的四个端点之上，每个托辊部件6之上设置有辊轴5，限位螺栓7位于托辊部件6和辊轴5之间。将安装部放置于固定部之上，受力挡板2的两端由两个辊轴5分别支撑起来，限位挡板8的两端分别连接在托辊部件6上，限制安装部的纵向移动。试验时施力件4直接与底板1接触，进行疲劳试验。
【实施例5】
本实施例还提供一种树脂混凝土高温疲劳试验方法，包括以下步骤：
S10：选择大小适宜的钢板作为底板1，对其进行抛丸除锈处理，使其表面粗糙度达到50-100μm，清洁度达到Sa2.5。
S20：在底板1表面涂布树脂防水粘结剂，形成所述树脂类防水粘结层，其中，树脂防水粘结剂的用量为0.1-1.0kg/m2。
S30：将拌和后的树脂混凝土浇筑在由底板1和可拆卸挡板组成的空间内，等到树脂混凝土成型、养护完毕后，拆除可拆卸挡板，底板1、受力挡板2、树脂混凝土铺装3构成树脂混凝土铺装结构试件。
S40：将树脂混凝土铺装结构试件放置于固定件之上，限位螺栓7固定住辊轴5，限位挡板8固定住树脂混凝土铺装3，使树脂混凝土铺装结构试件的纵向移动范围。
S50：将施力件4连接于具有温控系统的疲劳试验机内，放入树脂混凝土铺装结构试件，设定温度和载荷，气动加载正弦循环荷载，通过施力件4对试件中心施加横向线应力，并在试件两侧仅提供支持力。
【实施例6】
本实施例还提供一种树脂混凝土高温疲劳试验方法，包括以下步骤：
S10：选择大小适宜的钢板作为底板1，对其进行抛丸除锈处理，使其表面粗糙度达到50-100μm，清洁度达到Sa2.5。
S20：在底板1表面涂布树脂防水粘结剂，形成所述树脂类防水粘结层，其中，树脂防水粘结剂的用量为0.1-1.0kg/m2。
S30：在底板1上设置垫块，将钢筋网片置于可拆卸挡板内，喷涂树脂防水粘结剂，将拌和后的树脂混凝土浇筑在由底板1和可拆卸挡板组成的空间内，等到树脂混凝土成型、养护完毕后，拆除可拆卸挡板，底板1、受力挡板2、树脂混凝土铺装3构成树脂混凝土铺装结构试件。
S40：将树脂混凝土铺装结构试件放置于固定件之上，限位螺栓7固定住辊轴5，限位挡板8固定住树脂混凝土铺装3，使树脂混凝土铺装结构试件的纵向移动范围。
S50：将施力件4连接于具有温控系统的疲劳试验机内，放入树脂混凝土铺装结构试件，设定温度和载荷，液压加载正弦循环荷载，通过施力件4对试件中心施加横向线应力，并在试件两侧仅提供支持力。
本实施例还使用传统疲劳试验方法与上述树脂混凝土高温疲劳试验方法对树脂混凝土分别进行了10组高温疲劳试验，试验方法1为传统疲劳试验方法，试验方法2为上述树脂混凝土高温疲劳试验方法。实验结果见表1、表2和图5，表1是疲劳试验结果，表2是对疲劳试验结果的数据分析，图5是试验结果对比图。
表1疲劳试验结果
表2疲劳试验结果数据分析
统计指标
试验方法1
试验方法2
平均数
5061324
4964275
标准差
588509
118525
极差
1586853
394195
通过表2及图5可知，树脂混凝土铺装结构试件使用传统疲劳试验方法进行试验时，试验结果变化范围较大，使用本发明树脂混凝土高温疲劳试验方法时，标准差约为传统疲劳试验方法标准差的1/5，本发明树脂混凝土高温疲劳试验方法测试结果更为精确。
【实施例7】
本实施例还提供一种树脂混凝土高温疲劳试验方法，包括以下步骤：
S10：选择大小适宜的钢板作为底板1，对其进行抛丸除锈处理，使其表面粗糙度达到50-100μm，清洁度达到Sa2.5。
S20：在底板1表面涂布树脂防水粘结剂，形成所述树脂类防水粘结层，其中，树脂防水粘结剂的用量为0.1-1.0kg/m2。
S30：将拌和后的树脂混凝土浇筑在由底板1和可拆卸挡板组成的空间内构成下层铺装，在其上设置玻璃纤维布，喷涂树脂防水粘结剂，在其上再浇筑树脂混凝土，等到树脂混凝土成型、养护完毕后，拆除可拆卸挡板，底板1、受力挡板2、树脂混凝土铺装3构成树脂混凝土铺装结构试件。
S40：将树脂混凝土铺装结构试件放置于固定件之上，限位螺栓7固定住辊轴5，限位挡板8固定住树脂混凝土铺装3，使树脂混凝土铺装结构试件的纵向移动范围。
S50：将施力件4连接于具有温控系统的疲劳试验机内，放入树脂混凝土铺装结构试件，设定温度和载荷，气动加载正弦循环荷载，通过施力件4对试件中心施加横向线应力，并在试件两侧仅提供支持力。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
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