一種鋼橋面與鋪裝層界面剪切試驗(yàn)方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁橋面鋪裝技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種鋼橋面與鋪裝層界 面剪切試驗(yàn)方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，公路橋梁建設(shè)事業(yè)迎來(lái)新的發(fā)展高峰。大跨徑鋼箱梁 結(jié)構(gòu)橋梁的建設(shè)越來(lái)越多。鋼橋面鋪裝作為橋梁結(jié)構(gòu)重要組成部分，在車(chē)輛荷載、環(huán)境溫度 變化等因素綜合下，鋼橋面與鋪裝層界面破壞是剛橋面鋪裝的主要病害之一，具體表現(xiàn)為 推擠永久變形和脫層、裂縫等病害。鋼橋面鋪裝層破壞的力學(xué)原因主要是：一、橋面縱坡的 存化引起層間界面橫向和縱向的剪應(yīng)力；二、鋪裝層之間不同材料熱膨脹系數(shù)與熱收縮系 數(shù)不同產(chǎn)生的剪應(yīng)力；=、車(chē)輛加速或剎車(chē)時(shí)在界面產(chǎn)生的縱向剪應(yīng)力。為此，鋼橋面鋪裝 層的剪切性能是鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)的重要力學(xué)指標(biāo)，需要準(zhǔn)確的測(cè)試。
[0003] 對(duì)于復(fù)合結(jié)構(gòu)界面層抗剪性能評(píng)價(jià)，國(guó)外主要采用力學(xué)分析，而國(guó)內(nèi)主要采用試 驗(yàn)研究。結(jié)合國(guó)內(nèi)外多年界面層的剪切試驗(yàn)研究，剪切試驗(yàn)主要分為直接剪切和斜剪。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)中公開(kāi)了一種用于測(cè)試路面層間剪切疲勞試件的夾具及方法，只考慮了 車(chē)輛對(duì)路面的水平摩擦力，忽略了車(chē)輛的垂直壓力，而運(yùn)兩種力都可W產(chǎn)生剪應(yīng)力，明顯不 符合鋪裝層實(shí)際狀態(tài)；斜剪試驗(yàn)操作簡(jiǎn)單，但缺點(diǎn)是試件與試模在接觸時(shí)會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力集中， 對(duì)試驗(yàn)有一定的影響。因此，目前現(xiàn)有的試驗(yàn)裝置不能準(zhǔn)確測(cè)量鋼橋面鋪裝層的剪切特性， 會(huì)存在試驗(yàn)偏差。

【發(fā)明內(nèi)容】
陽(yáng)〇化]本發(fā)明提供了一種鋼橋面與鋪裝層界面剪切試驗(yàn)方法及裝置，能夠兼容多種試驗(yàn) 條件，并且該鋼橋面與鋪裝層界面剪切試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，試驗(yàn)方法易操作，能準(zhǔn)確測(cè)得不 同剪切應(yīng)力情況下的切應(yīng)變，為研究界面非線(xiàn)性粘結(jié)滑移狀態(tài)的剪切特性提供依據(jù)。
[0006] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0007] 本發(fā)明第一方面提供一種鋼橋面與鋪裝層界面剪切試驗(yàn)方法，包括： 陽(yáng)00引步驟一，制作試件：
[0009] 1)成型鋼板：在機(jī)床上將鋼板加工成疊層梁試件所需尺寸大?。?br>[0010] 2)表面處理：根據(jù)對(duì)鋼板要求的粗糖程度，使用噴砂機(jī)拋光鋼板，對(duì)于鋼板邊角 拋光不到的部分，用手砂輪進(jìn)行人工打磨；
[0011] 3)鋪設(shè)粘結(jié)層：試件的粘結(jié)層根據(jù)不同的漸青混合料采用不同的施工方式，試件 中間=分之一距離處不鋪設(shè)粘結(jié)層，形成脫空層即純彎段；
[0012] 4)漸青混合料鋪筑：粘結(jié)層完成后，等待其固化完成即可鋪筑漸青混合料，形成 鋪裝層；
[0013] 5)成型復(fù)合小梁試件：采用輪娠成型法成型板式試件，靜置待其冷卻后，脫模然 后沿底層鋼板輪廓切割成疊層梁試件；
[0014] 6)貼應(yīng)變片：貼應(yīng)變片前，為封住切割面的空隙和凹槽需在疊層梁試件側(cè)面刷上 一層環(huán)氧樹(shù)脂或其他同性質(zhì)材料，應(yīng)變片應(yīng)與疊層梁側(cè)面黏結(jié)緊密，不含氣泡；
[0015] 步驟二，保溫：將已制作好的試件、=分點(diǎn)加載模具、支撐平臺(tái)置于環(huán)境箱中，保溫 時(shí)間4小時(shí)W上，具體的試驗(yàn)溫度根據(jù)試驗(yàn)要求設(shè)定，溫度范圍為-l〇°C~70°C;
[0016] 步驟=，剪切試驗(yàn)：先將=分點(diǎn)加載模具間距調(diào)整到距試件兩端=分之一處位 置，通過(guò)啟動(dòng)加載桿，使=分點(diǎn)加載模具向下運(yùn)動(dòng)，=分點(diǎn)加載模具下降的速度為：1. 5~ lOmm/min，通過(guò)試件上應(yīng)變片測(cè)得的線(xiàn)應(yīng)變，根據(jù)實(shí)際加載值求出剪應(yīng)力，繼而推導(dǎo)出界面 層的剪應(yīng)力和剪切應(yīng)變關(guān)系，測(cè)量界面抗剪性能。
[0017] 進(jìn)一步的，所述步驟一的漸青混合料鋪筑中，漸青混合料采用SMA、AC、環(huán)氧漸青混 合料、誘筑式漸青混合料。
[0018] 進(jìn)一步的，所述步驟二的保溫溫度根據(jù)試驗(yàn)條件設(shè)置，溫度范圍為-10°c~70°C。
[0019] 進(jìn)一步的，所述步驟S的剪切試驗(yàn)，通過(guò)將實(shí)際加載值換算出對(duì)應(yīng)的荷載，將測(cè)得 的對(duì)應(yīng)荷載下的線(xiàn)應(yīng)變，然后再通過(guò)公式（1)轉(zhuǎn)化為界面層的平均剪切應(yīng)變，通過(guò)直接測(cè) 定的線(xiàn)應(yīng)變根據(jù)公式（2)計(jì)算對(duì)應(yīng)位置下相應(yīng)荷載的剪應(yīng)變。繼而測(cè)量出界面抗剪性能；
[0020] 丫 =(Ae.虹)/曲）公式（1)
[0021] 式中：dx為應(yīng)變片形屯、對(duì)橫坐標(biāo)的微分，dy為漸青混合料鋪裝層底部應(yīng)變片與鋼 橋面板頂部應(yīng)變片之間距離對(duì)縱坐標(biāo)的微分，丫為界面層產(chǎn)生的平均切應(yīng)變，Ae為界面 層的線(xiàn)應(yīng)變差；
[0023] 式中：q為疊層梁加載的均布荷載；h2為界面層材料厚度；I為疊層梁慣性矩；a為 疊層梁中性軸距離剪切界面的距離，Txy為界面層剪應(yīng)力，0X為疊層梁的正應(yīng)力分布。
[0024] 本發(fā)明第二方面提供一種鋼橋面與鋪裝層界面剪切試驗(yàn)裝置，包括材料試驗(yàn)機(jī)， 和材料試驗(yàn)機(jī)連接的控制臺(tái)；環(huán)境箱設(shè)置在材料試驗(yàn)機(jī)內(nèi)側(cè)；環(huán)境箱內(nèi)側(cè)上部設(shè)置加載 桿，加載桿上端貫穿材料試驗(yàn)機(jī)頂部，加載桿下端連接=分點(diǎn)加載模具，=分點(diǎn)加載模具的 正下方為支撐平臺(tái)，工作狀態(tài)下試件放置在=分點(diǎn)加載模具和支撐平臺(tái)之間；試件從下到 上分為鋼板層、粘結(jié)層、鋪裝層，脫空層設(shè)置在粘結(jié)層中間=分之一的空間，應(yīng)變片貼在涂 有環(huán)氧樹(shù)脂材料的試件側(cè)面。
[0025] 本發(fā)明技術(shù)方案中提供的一種鋼橋面與鋪裝層界面剪切試驗(yàn)方法及裝置，能夠兼 容多種試驗(yàn)條件，并且該鋼橋面與鋪裝層界面剪切試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，試驗(yàn)方法易操作，能 準(zhǔn)確測(cè)得不同剪切應(yīng)力情況下的切應(yīng)變，為研究界面非線(xiàn)性粘結(jié)滑移狀態(tài)的剪切特性提供 依據(jù)。相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果是：
[0026] 1、采用疊層梁模型，符合實(shí)際橋面鋪裝結(jié)構(gòu)，受力比直接剪切試驗(yàn)和壓剪試驗(yàn)更 接近于車(chē)輛運(yùn)速行駛狀態(tài)。
[0027] 2、由于鋼板和漸青鋪裝材料的模量不同，在界面處產(chǎn)生較大剪應(yīng)力和剪切變形， 同時(shí)在漸青鋪裝層最低端的線(xiàn)應(yīng)變與鋼板頂端線(xiàn)應(yīng)變不等，即界面處線(xiàn)應(yīng)變發(fā)生突變，利 用線(xiàn)應(yīng)變和剪應(yīng)變的關(guān)系，將界面剪切應(yīng)變的測(cè)量轉(zhuǎn)化為對(duì)線(xiàn)應(yīng)變的測(cè)量。
[0028] 3、根據(jù)行車(chē)速度，設(shè)計(jì)荷載W及氣候環(huán)境，可W調(diào)整荷載大小，溫度W及加載速 率。
[0029] 4、試驗(yàn)儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，在環(huán)境箱中模擬不同溫度條件下，準(zhǔn)確測(cè)試鋼橋 面鋪裝層界面的線(xiàn)應(yīng)變，繼而推導(dǎo)出界面層的剪應(yīng)力和剪切應(yīng)變關(guān)系，測(cè)量出界面抗剪性 能，使剪切試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確反應(yīng)界面的剪切特性，完善現(xiàn)有試驗(yàn)裝置的不足。
【附圖說(shuō)明】
[0030] 下面結(jié)合附圖和本發(fā)明的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0031] 圖1是一種鋼橋面與鋪裝層界面剪切試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032] 圖2是試件結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033] 圖中，1.材料試驗(yàn)機(jī)，2.支撐平臺(tái)，3.環(huán)境箱，4.鋼板層，5.脫空層，6.粘結(jié)層， 7.鋪裝層，8.應(yīng)變片，9.=分點(diǎn)加載模具，10.加載桿，11.控制臺(tái)。
【具體實(shí)施方式】
[0034] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，W下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用W解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。
[0035] 本發(fā)明提供一種鋼橋面與鋪裝層界面剪切試驗(yàn)方法，包括
[0036] 步驟一，制作試件：
[0037] 1)成型鋼板：在機(jī)床上將鋼板加工成疊層梁試件所需尺寸大?。?br>[0038] 2)表面處理：根據(jù)對(duì)鋼板要求的粗糖程度，使用噴砂機(jī)拋光鋼板，對(duì)于鋼板邊角 拋光不到的部分，用手砂輪進(jìn)行人工打磨；
[0039] 3)鋪設(shè)粘結(jié)層：試件的粘結(jié)層根據(jù)不同的漸青混合料采用不同的施工方式，試件 中間=分之一距離處不鋪設(shè)粘結(jié)層，形成脫空層即純彎段；
[0040] 4)漸青混合料鋪筑：粘結(jié)層完成后，等待其固化完成即可鋪筑漸青混合料，形成 鋪裝層；
[0041] 5)成型復(fù)合小梁試件：采用輪娠成型法成型板式試件，靜置待其冷卻后，脫模然 后沿底層鋼板輪廓切割成疊層梁試件；
[0042] 6)貼應(yīng)變片：貼應(yīng)變片前，為封住切割面的空隙和凹槽需在疊層梁試件側(cè)面刷上 一層環(huán)氧樹(shù)脂或其他同性質(zhì)材料，應(yīng)變片應(yīng)與疊層梁側(cè)面黏結(jié)緊密，不含氣泡；
[0043] 步驟二，保溫：將已制作好的試件、=分點(diǎn)加載模具、支撐平臺(tái)置于環(huán)境箱中，保溫 時(shí)間4小時(shí)W上，具體的試驗(yàn)溫度根據(jù)試驗(yàn)要求設(shè)定，溫度范圍為-l〇°C~70°C;
[0044] 步驟=，剪切試驗(yàn)：先將=分點(diǎn)加載模具間距調(diào)整到距試件兩端=分之一處位 置，通過(guò)啟動(dòng)加載桿，使=分點(diǎn)加載模具向下運(yùn)動(dòng)，=分點(diǎn)加載模具下降的速度為：1. 5~ lOmm/min，通過(guò)試件上應(yīng)變片測(cè)得的線(xiàn)應(yīng)變，根據(jù)實(shí)際加載值求出剪應(yīng)力，繼而推導(dǎo)出界面 層的剪應(yīng)力和剪切應(yīng)變關(guān)系，測(cè)量界面抗剪性能。 W45] 進(jìn)一步的，所述步驟S的剪切試驗(yàn)，通過(guò)將實(shí)際加載值換算出對(duì)應(yīng)的荷載，將測(cè)得 的對(duì)應(yīng)荷載下的線(xiàn)應(yīng)變，然后再通過(guò)公式（1)轉(zhuǎn)化為界面層的平均剪