1.本发明属于道路工程技术领域，特别涉及一种沥青水泥复合路面层间剪切疲劳试验装置及方法。
背景技术：2.加铺沥青混凝土面层是水泥混凝土路面改造的常见形式，提升了路面承载力。由于水泥混凝土、沥青混凝土材料特性的差异，通常在二者层间界面处铺设应力吸收层，以增强二者之间的粘结性能，减缓反射裂缝的产生。
3.水泥混凝土与沥青混凝土层间是复合式路面的薄弱环节，一旦处理不好，易出现层间滑移、拥包等病害；这些病害的产生是由于二者之间粘结力不足，在车辆荷载的反复作用下发生层间剪切破坏所导致。该病害的产生是车辆垂直荷载和水平摩擦力综合作用的结果，并不是因某次产生的抗剪强度值过大所造成，而是层间界面在重复荷载作用下产生不可恢复的强度衰减积累所引起，尤其是在车辆启动、制动频繁的地区，如公交车停靠站、交叉路口、长陡下坡路段和收费站等。
4.由于认为最不利状况为车辆处于下坡路段紧急刹车状态，因此现有技术中，技术人员多采用斜剪试验来模拟这一状况。具体的，竖直加压按照设定倾斜角度放置的复合试件，由于紧急制动时水平力系数(车轮与路面的摩擦系数)取0.5，即路面结构所受的水平应力为竖向应力的0.5倍，即可获得倾斜角度为26
°
34
′
。但斜剪试验中复合试件界面处所承受的水平作用力分布相对复杂，仅是理论上的水平作用力分解，不能产生是纯水平摩擦力，影响测试结果的准确性。
技术实现要素：5.本发明的目的是提供一种沥青水泥复合路面层间剪切疲劳试验装置及方法，以解决现有技术中存在的斜剪试验不能真实模拟路面真实受力状态的问题。为了实现上述目的，本发明通过如下的技术方案来解决：
6.第一方面，本发明提供了一种沥青水泥复合路面层间剪切疲劳试验装置，包括：
7.复合试件，其竖直放置，上部套设有活动的上夹具，下部套设有固定的下夹具，所述上夹具和所述下夹具之间的间隙对应所述复合试件的应力吸收层；
8.水平加载装置，对所述上夹具施加水平荷载；
9.竖直加载装置，穿过所述上夹具对所述复合试件顶部施加竖直荷载。
10.作为进一步的技术方案，所述下夹具包括固定部和拆卸部，夹持时所述拆卸部组装在所述固定部上形成夹持结构。
11.作为进一步的技术方案，所述水平加载装置包括具有竖直运动转水平运动功能的方向转化机构。
12.作为进一步的技术方案，所述方向转化机构包括两齿轮、竖向加载杆以及水平加载杆，所述竖向加载杆穿入两所述齿轮之间间隙并与之齿轮齿条配合，所述水平加载杆与
所述齿轮齿条配合。
13.作为进一步的技术方案，所述竖直加载装置包括圆形加载板和竖向伸缩杆，所述圆形加载板覆盖所述复合试件的顶端面。
14.作为进一步的技术方案，所述竖向伸缩杆为液压伸缩杆，并且配置有液压系统。
15.作为进一步的技术方案，还包括支撑平台，所述水平加载装置和所述下夹具固定在所述支撑平台上。
16.作为进一步的技术方案，所述复合试件从上到下依次为沥青混凝土层、应力吸收层、水泥混凝土层，所述下夹具内设置有活动的垫片，以调整所述水泥混凝土层的厚度。
17.作为进一步的技术方案，所述上夹具和所述下夹具均为与所述复合试件适配的圆筒。
18.第二方面，本发明提供了根据第一方面所述的复合式路面层间剪切疲劳试验装置的试验方法，包括以下步骤：
19.1)复合试件置于上夹具和下夹具中夹持，通过竖向加载装置对复合试件施加竖直荷载，竖直荷载根据实际车辆荷载确定；
20.2)通过水平加载装置对复合试件施加水平荷载，直至复合试件层间发生错位，重复多次取水平荷载平均值，获得最大破坏荷载；
21.3)取与1)中相同复合试件置于上夹具和下夹具中夹持，采用与1)中相同的竖直荷载对复合试件施加；
22.4)取2)最大破坏荷载的0.2～0.8倍按照设定频率加载，直至复合试件层间发生错位，重复多次取错位破坏对应的平均加载次数，获得层间剪切疲劳寿命。
23.上述本发明的有益效果如下：
24.(1)本发明水平加载装置施加的水平荷载可以在复合试件层间产生纯水平摩擦力，水平荷载、竖直荷载与路面在车辆荷载作用下的受力特征相同，加载方向保持一致，能够真实模拟复合式路面的层间剪切疲劳破坏，并可以获得准确的层间剪切疲劳寿命。
25.(2)本发明复合试件层间最大破坏荷载根据不同竖向压力的大小通过试验得到，并由此确定疲劳试验阶段重复加载的水平摩擦力大小，真实反映复合式路面所承受的作用力，而不用通过选取水平力系数大小确定水平摩擦力数值，消除不同车型及车重之间的影响。
附图说明
26.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的限定。还应当理解，这些附图是为了简化和清楚而示出的，并且不一定按比例绘制。现在将通过使用附图以附加的特征和细节来描述和解释本发明，其中：
27.图1示出了本发明实施例中试验装置结构示意图；
28.图2示出了本发明实施例中方向转化机构主视示意图；
29.图3示出了本发明实施例中试件上夹具主视示意图；
30.图4示出了本发明实施例中试件下夹具主视示意图；
31.图5示出了本发明实施例中复合试件结构示意图。
32.图中：1、支撑平台；2、水平加载装置；2-1、支撑架；2-2、第一齿轮；2-3、第二齿轮；3-1、竖向加载杆；3-2、水平加载杆；4、连接杆；5、上夹具；6、下夹具；6-1、拆卸部；6-2、固定部；7-1、竖向伸缩杆；7-2、橡胶管；7-3、液压系统；7-4、圆形加载板；8-1、沥青混凝土层；8-2、水泥混凝土层；8-3、应力吸收层。
具体实施方式
33.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明典型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
34.实施例1
35.如图1所示，本实施例提供的一种沥青水泥复合路面层间剪切疲劳试验装置，包括：
36.复合试件，其竖直放置，上部套设有活动的上夹具5，下部套设有固定的下夹具6，上夹具5和下夹具6之间的间隙对应复合试件的应力吸收层8-3；
37.水平加载装置2，对上夹具5施加水平荷载；
38.竖直加载装置，穿过上夹具5对复合试件顶部施加竖直荷载。
39.水平加载装置2施加的水平荷载可以在复合试件层间产生纯水平摩擦力，水平荷载、竖直荷载与路面在车辆荷载作用下的受力特征相同，加载方向保持一致，能够真实模拟复合式路面的层间剪切疲劳破坏，并可以获得准确的层间剪切疲劳寿命。
40.本实施例利用现有技术中的万能试验机，万能试验机具有竖向荷载施加系统并且具有支撑平台1，支撑平台1可以为试验装置提供固定的位置。本实施例中水平加载装置2和下夹具6就固定在支撑平台1上。其中，水平加载装置2包括具有竖直运动转水平运动功能的方向转化机构，如图2所示。方向转化机构外包覆有外壳，外壳以及方向转化机构通过连接杆4固定在支撑平台1上。
41.由于万能试验机具有竖向荷载施加系统，通过万能试验机即可施加竖向荷载，进而通过方向转化机构转化为水平荷载，进而施加在复合试件上。其中，万能试验机施加的竖向荷载可以为普通荷载，也可以施加设定频率的荷载。充分利用了现有试验设备，节省试验成本。
42.方向转化机构包括两齿轮、竖向加载杆3-1以及水平加载杆3-2，两个齿轮分别为第一齿轮2-2和第二齿轮2-3，相对安装，之间设有间隙，第一齿轮2-2和第二齿轮2-3均通过支撑架2-1支撑，竖向加载杆3-1两侧均具有齿条，竖向加载杆3-1穿入两齿轮之间间隙并与之齿轮齿条配合，水平加载杆3-2具有单侧齿条，本实施例中，水平加载杆3-2与第二齿轮2-3齿轮齿条配合，竖向加载杆3-1升降时，驱动两齿轮发生旋转，第二齿轮2-3便会驱动水平加载杆3-2水平运动，进而施加水平荷载。
43.第一齿轮2-2和第二齿轮2-3两齿轮共同与竖向加载杆3-1配合，能够保持竖向施加荷载的稳定，齿轮齿条配合可以为后期设定频率加载提供精准的传动。
44.本实施例中，复合试件从上到下依次为沥青混凝土层8-1、应力吸收层8-3、水泥混凝土层8-2，如图5所示，下夹具6内设置有活动的垫片，以调整水泥混凝土层8-2的厚度，可模拟不同厚度复合试件的剪切疲劳试验。
45.在其他一些实施例中，沥青混凝土层8-1和水泥混凝土层8-2可以反向安装，但在
实际情况下，沥青混凝土层通常铺设在水泥混凝土的上面，因此复合试件的沥青混凝土层8-1设置在水泥混凝土8-2上方可以更精准的模拟实际情况。
46.上夹具5和下夹具6均为与复合试件适配的圆筒，夹持时套设在复合试件即可，在水平荷载和竖直荷载施加时，由圆筒的内壁承担受力，复合式试件上、下面与上夹具5、下夹具6之间不存在摩擦力或者很小的摩擦力，测试结果相对更加准确。
47.竖直加载装置包括圆形加载板7-4和竖向伸缩杆7-1，圆形加载板7-4覆盖复合试件的顶端面，如图3所示。圆形加载板7-4覆盖复合试件的顶端面，可以确保复合试件竖向施加的荷载均匀，不产生局部应力集中，减小对试验结果的影响。
48.竖向伸缩杆7-1为液压伸缩杆，并且配置有液压系统7-3，竖向伸缩杆7-1与液压系统7-3之间连接有橡胶管7-2，其作用是流通液压油，如图1和图3所示。竖向伸缩杆7-1固定在上夹具5上，通过上夹具5提供反向支撑为复合试件施加竖直荷载。
49.下夹具6包括固定部6-2和拆卸部6-1，如图4所示，夹持时拆卸部6-1组装在固定部6-2上形成夹持结构。固定部6-2抵挡复合试件偏移，拆卸部6-1方便复合试件的放置，放置后该部分固定，防止复合试件的移动。
50.实施例2
51.本实施例提供了根据实施例1中复合式路面层间剪切疲劳试验装置的试验方法，包括以下步骤：
52.1)复合试件置于上夹具5和下夹具6中夹持，夹持前需要在规定温度条件下养生，竖向加载杆3-1与万能试验机连接，通过竖向加载装置对复合试件施加竖直荷载，竖直荷载根据实际车辆荷载确定；
53.2)启动万能试验机，选取合适的加载速度进行试验，通过水平加载装置对复合试件施加水平荷载，直至复合试件层间发生错位，记录此时对应的荷载值，重复多次加载，本实施例为三次，取水平荷载平均值，获得最大破坏荷载；
54.3)取与1)中相同复合试件置于上夹具5和下夹具6中夹持，采用与1)中相同的竖直荷载对复合试件施加；
55.4)取2)最大破坏荷载的0.2～0.8倍按照设定频率重复多次加载，荷载采用连续偏正弦加载或半正弦矢波加载，荷载加载频率为10hz
±
0.1hz，直至复合试件层间发生错位，重复多次取错位破坏对应的平均加载次数，本实施例为加载三次，获得最大破坏荷载和竖直荷载条件下的层间剪切疲劳寿命。
56.复合试件层间最大破坏荷载根据不同竖向压力的大小通过试验得到，并由此确定疲劳试验阶段重复加载的水平摩擦力大小，真实反映复合式路面所承受的作用力，而不用通过选取水平力系数大小确定水平摩擦力数值，消除不同车型及车重之间的影响。
57.本发明虽然己以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
技术特征：1.一种沥青水泥复合路面层间剪切疲劳试验装置，其特征在于，包括：复合试件，其竖直放置，上部套设有活动的上夹具，下部套设有固定的下夹具，所述上夹具和所述下夹具之间的间隙对应所述复合试件的应力吸收层；水平加载装置，对所述上夹具施加水平荷载；竖直加载装置，穿过所述上夹具对所述复合试件顶部施加竖直荷载。2.如权利要求1所述的一种沥青水泥复合路面层间剪切疲劳试验装置，其特征在于，所述下夹具包括固定部和拆卸部，夹持时所述拆卸部组装在所述固定部上形成夹持结构。3.如权利要求1所述的一种沥青水泥复合路面层间剪切疲劳试验装置，其特征在于，所述水平加载装置包括具有竖直运动转水平运动功能的方向转化机构。4.如权利要求3所述的一种沥青水泥复合路面层间剪切疲劳试验装置，其特征在于，所述方向转化机构包括两齿轮、竖向加载杆以及水平加载杆，所述竖向加载杆穿入两所述齿轮之间间隙并与之齿轮齿条配合，所述水平加载杆与所述齿轮齿条配合。5.如权利要求1所述的一种沥青水泥复合路面层间剪切疲劳试验装置，其特征在于，所述竖直加载装置包括圆形加载板和竖向伸缩杆，所述圆形加载板覆盖所述复合试件的顶端面。6.如权利要求5所述的一种沥青水泥复合路面层间剪切疲劳试验装置，其特征在于，所述竖向伸缩杆为液压伸缩杆，并且配置有液压系统。7.如权利要求1所述的一种沥青水泥复合路面层间剪切疲劳试验装置，其特征在于，还包括支撑平台，所述水平加载装置和所述下夹具固定在所述支撑平台上。8.如权利要求1所述的一种沥青水泥复合路面层间剪切疲劳试验装置，其特征在于，所述复合试件从上到下依次为沥青混凝土层、应力吸收层、水泥混凝土层，所述下夹具内设置有活动的垫片，以调整所述水泥混凝土层的厚度。9.如权利要求1所述的一种沥青水泥复合路面层间剪切疲劳试验装置，其特征在于，所述上夹具和所述下夹具均为与所述复合试件适配的圆筒。10.根据权利要求1-9任一项所述的复合式路面层间剪切疲劳试验装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：1)复合试件置于上夹具和下夹具中夹持，通过竖向加载装置对复合试件施加竖直荷载，竖直荷载根据实际车辆荷载确定；2)通过水平加载装置对复合试件施加水平荷载，直至复合试件层间发生错位，重复多次取水平荷载平均值，获得最大破坏荷载；3)取与1)中相同复合试件置于上夹具和下夹具中夹持，采用与1)中相同的竖直荷载对复合试件施加；4)取2)最大破坏荷载的0.2～0.8倍按照设定频率重复多次加载，直至复合试件层间发生错位，重复多次取错位破坏对应的平均加载次数，获得层间剪切疲劳寿命。
技术总结本发明属于道路工程技术领域，特别涉及一种沥青水泥复合路面层间剪切疲劳试验装置及方法，包括复合试件，其竖直放置，上部套设有活动的上夹具，下部套设有固定的下夹具，所述上夹具和所述下夹具之间的间隙对应所述复合试件的应力吸收层；水平加载装置，对所述上夹具施加水平荷载；竖直加载装置，穿过所述上夹具对所述复合试件顶部施加竖直荷载；本发明水平加载装置施加的水平荷载可以在复合试件层间产生纯水平摩擦力，能够真实模拟复合式路面的层间剪切疲劳破坏。层间剪切疲劳破坏。层间剪切疲劳破坏。
技术研发人员：罗要飞 魏晓刚 张苛 顾展飞 于景兰 张明飞 胡照广 李志宏
受保护的技术使用者：郑州航空工业管理学院
技术研发日：2022.03.22
技术公布日：2022/7/5
