本發(fā)明屬于路面加載試驗，更具體地，涉及一種車橋往復式路橋面疲勞試驗裝置及方法。

背景技術：

1、公路和公路橋梁的路面鋪裝及鋼橋面構件在運營中收到車輪荷載的往復碾壓，長期疲勞荷載導致的破壞是造成損傷失效的主要因素。我國鋼結構橋梁設計壽命一般為100年、路面鋪裝的設計壽命不低于20年，但實際工程中常出現(xiàn)路面鋪裝或鋼橋面板早期破壞現(xiàn)象，導致額外的公路、橋梁維護成本。

2、公路鋼橋面板是多片鋼板通過焊接或栓接形式組成的三維受力構件，內部包含節(jié)點多、應力分布復雜，理論計算往往很難得到準確的疲勞抗力指標；公路鋪裝是多層、多種石料、水泥基材料、瀝青基材料構成的層疊體系，不同鋪裝方案的性能差異很大，且不斷有新材料、新工藝得到應用，理論計算也很難對公路鋪裝層給出有效的評估。由于公路鋼橋面板和路面鋪裝層性能的復雜性，對于重要單一工程或者量大面廣的工程引用，通過實比例的往復加載試驗對其性能進行驗證是常見手段。

3、對于公路鋼橋面板的實比例試驗，常規(guī)做法是以單軸的疲勞作動器，對其中的一點或多點進行一定恒幅度疲勞荷載下的往復加載，由于加載方式和真實車輛荷載差異很大，該種試驗需要預設關注的重點區(qū)域進設計，而對于重點關注區(qū)域以外，可能由于邊界條件與實際情況不吻合而有較大的偏差，其準確性非常依賴于模擬分析工作。

4、對于路面鋪裝的實比例試驗，主要有實車試驗或模擬車試驗兩類。實車試驗在一定的環(huán)形跑到上鋪設進行試驗的路面，以載重車輛往復行駛進行碾壓，有效荷載和車輛的載重成正比，和真實工況可以做到完全相同，但是從場地、人力、耗時等角度考慮試驗成本十分高昂；模擬車輛試驗可以在室內或室外進行，以某種形式的帶輪加載設備(模擬車輛)模擬車輪往復碾壓的工況，其主要難點在于如何提高車輪有效荷載的同時保持足夠的加載頻率。

技術實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供一種車橋往復式路橋面疲勞試驗裝置及方法，通過作動器為模擬車載組件提供豎向載荷，以模擬車輛的自重，通過往復運動單元為模擬車載組件提供水平作用力，使其模擬車輛在試件上往復移動，實現(xiàn)對路面或橋面結構的有效加載試驗。且在加載試驗過程中，無需人工參與，裝置自動針對不同環(huán)境的要求對參數(shù)進行調節(jié)，在不增加模擬車輛自重的同時提高了對試件的有效加載力，兼顧了有效荷載提高和維持加載頻率的需求，實現(xiàn)了路面鋪裝或鋼橋面板的加速疲勞破壞試驗。

2、為實現(xiàn)以上目的，按照本發(fā)明實施例的第一方面，提供一種車橋往復式路橋面疲勞試驗裝置，包括：

3、至少兩個豎直反力架、每個豎直反力架包括一對立柱和一個橫梁，所述橫梁架設于立柱的頂端相向的一側，與兩個立柱之間固定連接；

4、設于所述豎直反力架上的加載單元，所述加載單元包括作動器、設于所述作動器輸出端的加載橫梁、設于所述加載橫梁下方的加載豎梁、設于所述立柱側面的導向座以及模擬車載組件；

5、以及設于所述模擬車載組件上的往復運動單元，所述往復運動單元包括設于車體上的電機安裝架以及設于所述電機安裝架上的驅動電機，通過所述作動器為模擬車載組件提供豎向載荷，所述往復運動單元為模擬車載組件提供水平力，以模擬車輛的自重和往復移動。

6、進一步地，所述模擬車載組件設于加載豎梁底部，包括車體，設于所述車體上的輪軸、設于所述輪軸上的加載輪以及設于所述車體頂部的導向輪；

7、所述車體為長方形框架結構，由方鋼焊接而成，其框架中心預留有空腔，其底部設有加載輪安裝座，頂部設有導向輪安裝座，輪軸設于該加載輪安裝座和導向輪安裝座上。

8、進一步地，所述加載輪安裝座設有至少四個，對稱于所述車體兩側，且對側的加載輪安裝座于車體中間的空腔內連接，所述加載輪通過輪軸安裝于加載輪安裝座上，且所述加載輪與試件表面接觸；

9、所述導向輪安裝座于所述車體的頂部四角各設一個，其寬度方向的位置與所述加載軌道的位置對應，所述導向輪通過輪軸安裝于該導向輪安裝座上，其表面沿周向設有凹槽，該凹槽的寬度與所述加載軌道的凸起相同，二者之間形成配合。

10、進一步地，所述加載輪安裝座和車體之間還設有減振裝置，該減振裝置包括設于車體上同側的加載輪安裝座相互遠離一端的第一減震器，以及設于車體上同側的加載輪安裝座相互靠近一端的第二減震器；

11、所述第一減震器豎直安裝于加載輪安裝座和車體之間，所述第二減震器的頂端旋轉連接于所述車體上，底端旋轉連接于所述加載輪安裝座上，且卸載狀態(tài)下，其為傾斜設置。

12、進一步地，所述作動器于每個所述橫梁的底部至少設有兩個，對稱安裝于所述橫梁的兩端。

13、進一步地，所述加載橫梁和橫梁的對應位置上均設有兩個安裝座；

14、該安裝座上設有銷軸，所述橫梁上的安裝座與作動器的固定端之間轉動連接，所述加載橫梁上的安裝座與作動器之間轉動連接。

15、進一步地，所述加載豎梁成對使用，平行橫跨于多個加載橫梁之間，與多個加載橫梁之間均采用固定連接；

16、每個加載豎梁的底部均沿長度方向還設有加載軌道，所述加載軌道為直線軌道，其底部設有凸起。

17、進一步地，所述導向座于每個豎直反力架的兩個立柱相向的一側各設一組，每組導向座包括兩個對向設置限位板；

18、該限位板沿豎向固定于所述立柱上，兩個限位板之間留有間隙作為導向通道；

19、該導向通道的寬度與所述加載橫梁寬度相同，所述加載橫梁的兩端設于兩側立柱上的導向通道內，其在該導向通道沿豎直方向移動。

20、進一步地，所述電機安裝架于每個車體上設置一對，分別固定于車體的兩端；

21、所述驅動電機固定于電機安裝架上，其輸出端設于在所述車體同一端的兩個加載輪安裝座之間，且與設于該加載輪安裝座上的輪軸(連接，用于驅動設于該加載輪安裝座上的加載輪。

22、按照本發(fā)明實施例的第二方面，提供一種往復輪式路橋面疲勞試驗方法，包括：

23、s100、在實驗場地安裝模擬試驗的試件，布置有效的臨時支撐，于臨時支撐上安裝實驗裝置，安裝完成后拆除臨時支撐；

24、s200、通過預設的疲勞實驗需求，對實驗裝置的各項功能分別進行單體測試和聯(lián)動測試，確保裝置正常使用；

25、s300、按照提高環(huán)境溫度、作動器施加額外荷載、驅動模擬車載組件的順序啟動裝置，開始實驗；

26、s400、實驗過程中，需短時間觀察或監(jiān)測人員臨時離開時，暫停實驗裝置的各動作；

27、s500、實驗完成后，按照驅動模擬車載組件減速停止、作動器卸載、環(huán)境降溫的順序停止裝置，終止試驗。

28、總體而言，通過本發(fā)明所構思的以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，能夠取得下列有益效果：

29、1.本發(fā)明的一種往復輪式路橋面疲勞試驗裝置，通過作動器為模擬車載組件提供豎向載荷，以模擬車輛的自重，通過往復運動單元為模擬車載組件提供水平作用力，使其模擬車輛在試件上往復移動，實現(xiàn)對路面或橋面結構的有效加載試驗。且在加載試驗過程中，無需人工參與，裝置自動針對不同環(huán)境的要求對參數(shù)進行調節(jié)，在不增加模擬車輛自重的同時提高了對試件的有效加載力，兼顧了有效荷載提高和維持加載頻率的需求，實現(xiàn)了路面鋪裝或鋼橋面板的加速疲勞破壞試驗。

30、2.本發(fā)明的一種往復輪式路橋面疲勞試驗裝置，通過在車體移動方向的兩端安裝均安裝一個驅動電機，每個驅動電機單獨控制驅動，以保證模擬車載組件在往復運動時的兩個方向上獲得驅動力的平衡，確保模擬車載組件在移動過程中沿加載軌道行駛。

31、3.本發(fā)明的一種往復輪式路橋面疲勞試驗裝置，驅動電機設有單獨驅動、聯(lián)合驅動的驅動模式，通過使用不同的驅動電機驅動加載輪，以模擬不同車輛前驅、后驅以及四驅的驅動模式，使實驗的環(huán)境更接近于現(xiàn)實的使用條件。

32、4.本發(fā)明的一種往復輪式路橋面疲勞試驗裝置，作動器兩端以及車體兩端的連接結構均采用轉動連接，在加載時將方向產(chǎn)生偏移的力消除，使模擬車載組件受到的豎向加載以及水平作用力均不發(fā)生偏移，保證實驗的效果。

33、5.本發(fā)明的一種往復輪式路橋面疲勞試驗裝置，鋼橋面板疲勞試驗中單輪荷載最高200kn，等效頻率0.13hz，日工作12小時，可在90天內完成200萬次有效加載；路面鋪裝加速疲勞試驗中單輪荷載最高200kn，等效頻率0.54hz，日工作12小時，可在220天內完成1000萬次有效加載。