专利名称：道路材料圆柱体试件双向交替劈裂试验的夹具与试验方法
技术领域：
本发明涉及道路材料的性能试验方法，尤其是道路材料圆柱体试件双向交替劈裂试验的夹具与试验方法。
背景技术：
《公路工程浙青及浙青混合料试验规程》(JTGE20-2011)中T0716-2011 “浙青混合料的劈裂试验”所采用的夹具和方法，是一种单方向加载的劈裂试验模式。是在浙青混合料的圆柱体试件的直径方向上对称施加沿纵轴向均勻分布的压力，测定试件的劈裂强度和变形。现有的劈裂疲劳试验使用与T0716-2011 “浙青混合料的劈裂试验”相同的夹具，在试件铅垂方向施加大小随时间变化的循环压缩荷载，使得试件产生水平方向的劈裂变形， 测定试件在循环荷载作用下直至出现破坏时，荷载的作用次数，或者测定试验过程中试件的应力和应变等力学指标。然而，大量研究成果表明，车轮通过时，路面结构层内部固定点的应力随时间的变化呈现拉-压交替变化特征。可见，现有的劈裂试验夹具和方法不能反映实际路面的受力特点，试验结果无法揭示实际路面材料的抗疲劳性能，难以预测路面的使用寿命。

发明内容
为解决上述相关问题，本发明提供一种道路材料圆柱体试件双向交替劈裂试验的夹具与试验方法，以便在铅垂方向施加交替的压缩-拉伸荷载，通过夹具传递，实现试件的铅垂方向和水平方向交替压缩-拉伸的疲劳试验模式。双向交替劈裂试验夹具包括结构相同并且平行的前端面单元和后端面单元，以及两端面单元之间的连接件，前端面单元和后端面单元之间具有间隔；所述前端面单元和后端面单元均包括上翼板、下翼板、八块连接板；连接件包括上压条、下压条、侧压条、顶板和底板；其中上翼板和下翼板平行，八块连接板通过铰链连接，并且构成正八边形。该正八边形顶部的连接板与底部的连接板内表面分别焊接有上压条和下压条，顶部的连接板外表面再依次与上翼板以及顶板焊接，底部的连接板外表面再依次与下翼板及底板焊接，正八边形左右两侧的连接板内表面分别焊接有侧压条；正八边形顶部与底部两连接板的中心线与顶板、上翼板、上压条、底板、下翼板及下压条的中心线均重合，侧压条中心线与左右两侧的连接板的中心线重合；并且顶板中部设置有连接螺孔；底板中部设置有固定螺栓。铰链的摩擦力小于0. 1N。所述上翼板两端分别设置有导孔，导杆一端穿过导孔并固定在下翼板两端。所述上压条和下压条的长度大于圆柱体试件的长度。所述压条的内侧曲率半径与圆柱体试件半径相同。利用上述夹具进行道路材料圆柱体试件双向交替劈裂试验的方法，其具体步骤如下
安装夹具将夹具通过夹具底板中部的固定螺栓固定在试验机底座上；并通过顶板中部的连接螺孔与试验机的加载装置相连接；
安装试件将圆柱体试件放置于夹具中，使试件两端各空出相等的距离； 双向交替劈裂试验的载荷施加在夹具顶板的铅垂方向施加向下的压缩荷载，通过上、 下压条在圆柱体试件的铅垂方向施加压应力；通过夹具传递，水平方向压条与圆柱体试件松开，试件铅垂方向产生压缩变形，水平方向产生拉伸变形；
在夹具顶板的铅垂方向施加向上的拉伸荷载，上、下压条与圆柱体试件松开，通过夹具的上翼板、下翼板以及正八边形的连接板将荷载传递至侧压条，在试件的水平方向施加压应力；试件水平方向产生压缩变形，铅垂方向产生拉伸变形；
循环上述压缩载荷和拉伸载荷的施加步骤，试件铅垂方向上承受交替的压缩-拉伸应力，产生交替的压缩-拉伸变形；试件水平方向上承受交替的拉伸-压缩应力，产生交替的拉伸-压缩变形，直至圆柱体试件开裂，即得到试件的拉-压交替的双向劈裂疲劳试验结^ ο相对于现有技术，本发明所具有的优点如下
(1)现行《公路工程浙青及浙青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中T0716-2011 “浙青混合料的劈裂试验”所采用的夹具和试验方法，是一种单方向加载的劈裂试验模式；本发明的劈裂试验夹具实现了铅垂和水平方向的交替压缩-拉伸载荷加载。(2)现有的劈裂疲劳试验模式不能反映实际路面的受力特点，试验结果无法揭示实际路面材料的抗疲劳性能，难以预测路面的使用寿命；本发明双向交替劈裂夹具能够实现试件在水平方向和铅垂方向交替压缩-拉伸的疲劳试验模式，符合实际路面的受力特点，试验结果更有利于预测路面的使用寿命，为路面设计提供可靠依据。(3)现有的劈裂试验夹具和方法只能研究材料在劈裂过程中的力学行为，本发明双向交替劈裂试验夹具和方法能够用来研究材料在压缩-拉伸交替作用下的力学行为。(4)现有的劈裂试验夹具和方法只能研究材料在劈裂过程中内部损伤导致的裂纹扩展规律，本发明双向交替劈裂试验夹具和方法能够用来研究材料内部裂纹的扩展与愈合规律。


图1为本发明双向交替劈裂试验夹具的主视图； 图2为本发明双向交替劈裂试验夹具的俯视图。
具体实施例方式下面结合实例对本发明作进一步详细说明，但不限于此。本发明的双向交替劈裂试验夹具包括结构相同并且平行的前端面单元和后端面单元，以及两端面单元之间的连接件，前端面单元和后端面单元之间具有间隔；所述前端面单元和后端面单元均包括上翼板、下翼板、八块连接板；连接件包括上压条、下压条、侧压条、顶板和底板；其中上翼板和下翼板平行，八块连接板通过铰链连接，并且构成正八边形。 该正八边形顶部的连接板与底部的连接板内表面分别焊接有上压条和下压条，顶部的连接板外表面再依次与上翼板以及顶板焊接，底部的连接板外表面再依次与下翼板及底板焊接，正八边形左右两侧的连接板内表面分别焊接有侧压条；正八边形顶部与底部两连接板的中心线与顶板、上翼板、上压条、底板、下翼板及下压条的中心线均重合，侧压条中心线与左右两侧的连接板中心线重合；并且顶板中部设置有连接螺孔，底板中部设置有固定螺栓。压条边缘磨圆以防止边缘局部嵌入试件。八块连接板构成正八边形可以保证铅垂方向施加的拉力通过夹具传递到水平方向为大小相同的压力。导杆的作用是限制上、下压条在铅垂线上运动。利用上述夹具进行道路材料双向交替劈裂试验的步骤为
安装夹具将夹具通过夹具底板中部的固定螺栓固定在试验机底座上；并通过顶板中部的连接螺孔与试验机的加载装置相连接；
安装试件将圆柱体试件放置于夹具中，并使试件两端各空出相等的距离； 双向交替劈裂试验的载荷施加在夹具顶板的铅垂方向施加向下的压缩荷载，通过上、 下压条在圆柱体试件的铅垂方向施加压应力；通过夹具传递，水平方向压条与圆柱体试件松开，试件铅垂方向产生压缩变形，水平方向产生拉伸变形；
在夹具顶板的铅垂方向施加向上的拉伸荷载，上、下压条与圆柱体试件松开，通过夹具的上翼板、下翼板以及正八边形的连接板将荷载传递至侧压条，在试件的水平方向施加压应力；试件水平方向产生压缩变形，铅垂方向产生拉伸变形；
循环上述压缩载荷和拉伸载荷的施加步骤，试件铅垂方向上承受交替的压缩-拉伸应力，产生交替的压缩-拉伸变形；试件水平方向上承受交替的拉伸-压缩应力，产生交替的拉伸-压缩变形，直至圆柱体试件开裂，即得到试件的拉-压交替的双向劈裂疲劳试验结
果 ο实施例1和实施例2均利用上述夹具进行试件的双向交替劈裂疲劳试验。实施例1直径为IOOmm的浙青混合料圆柱体试件的双向交替劈裂疲劳试验 (1)试验夹具主要组成构件的尺寸与材料
用于试验的圆柱体试件的直径为100mm，高度为40mm。对应的夹具主要构件的尺寸见表1。
权利要求
1.道路材料圆柱体试件双向交替劈裂试验的夹具，其特征在于包括结构相同并且平行的前端面单元和后端面单元，以及两端面单元之间的连接件，前端面单元和后端面单元之间具有间隔；所述前端面单元和后端面单元均包括上翼板、下翼板、八块连接板；连接件包括上压条、下压条、侧压条、顶板和底板；其中上翼板和下翼板平行，八块连接板通过铰链连接，并且构成正八边形，该正八边形顶部的连接板与底部的连接板内表面分别焊接有上压条和下压条，顶部的连接板外表面依次与上翼板以及顶板焊接，底部的连接板外表面依次与下翼板及底板焊接，该正八边形左右两侧的连接板内表面分别焊接有侧压条；正八边形顶部与底部两连接板的中心线与顶板、上翼板、上压条、底板、下翼板及下压条的中心线均重合，侧压条中心线与左右两侧的连接板中心线重合；顶板中部设置有连接螺孔，底板中部设置有固定螺栓。
2.根据权利要求1所述的夹具，其特征在于所述上翼板两端分别设置有导孔，导杆一端穿过导孔并固定在下翼板两端。
3.根据权利要求1所述的夹具，其特征在于所述上压条和下压条的长度大于圆柱体试件的长度。
4.根据权利要求1所述的夹具，其特征在于所述压条的内侧曲率半径与圆柱体试件半径相同。
5.道路材料圆柱体试件双向交替劈裂试验方法，其特征在于利用权利要求1至4之一所述夹具进行，具体步骤如下安装夹具将夹具通过夹具底板中部的固定螺栓固定在试验机底座上；并通过顶板中部的连接螺孔与试验机的加载装置相连接； 安装试件将圆柱体试件放置于夹具中，并使其两端各空出相等的距离；双向交替劈裂试验的载荷施加在夹具顶板的铅垂方向施加向下的压缩荷载，圆柱体试件铅垂方向产生压缩变形，水平方向产生拉伸变形；在夹具顶板的铅垂方向施加向上的拉伸荷载，圆柱体试件水平方向产生压缩变形，铅垂方向产生拉伸变形；循环上述压缩载荷和拉伸载荷的施加步骤，直至圆柱体试件开裂，即得到圆柱体试件的拉-压交替的双向劈裂疲劳试验结果。
全文摘要
本发明提供了道路材料圆柱体试件双向交替劈裂试验的夹具与试验方法，该夹具包括结构相同并且具有间隔的前端面单元和后端面单元，以及两端面单元之间的连接件；所述前端面单元和后端面单元均包括上翼板、下翼板、八块连接板；连接件包括上压条、下压条、侧压条、顶板和底板。将夹具固定之后，再与加载装置相连接；然后将圆柱体试件置于夹具中，使试件两端各空出相等的距离；在夹具顶板的铅垂方向循环施加压缩与拉伸荷载，试件产生拉伸与压缩变形，由此得到拉-压交替的双向劈裂疲劳试验结果。该夹具实现了试件的铅垂和水平方向的交替压缩-拉伸加载，得到该加载条件下路面材料的实际抗疲劳性能，并可用于研究材料内部裂纹的扩展与愈合规律。
文档编号G01N3/04GK102435495SQ201110404400
公开日2012年5月2日 申请日期2011年12月8日 优先权日2011年12月8日
发明者张狄, 张肖宁, 胡晓倩, 葛折圣, 黄明波 申请人:华南理工大学