[發明專利]一種水工瀝青混凝土直接拉伸試驗裝置及其應用方法

有效

• 申請號: 202110400382.7
• 申請日: 2021-04-14
• 公開（公告）號: CN113281190B
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發明（設計）人: 劉云賀;寧致遠;董靜;孟霄;李炎隆;李昊林;王亮
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: G01N3/18
• 分類號: G01N3/18;G01N3/04
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 徐瑤

本發明公開了一種水工瀝青混凝土直接拉伸試驗裝置，包括試件連接系統、傳感器系統、采集系統、加載系統以及溫控系統；試件連接系統包括滑動T型連接件、浮動球鉸、拉伸夾具、試件以及Y型接頭和I型接頭，浮動球鉸和T型連接件、拉伸夾具以及Y型和I型接頭連接，試件與拉伸夾具粘結；傳感器包括力傳感器和光柵位移傳感器，力傳感器分別與T型連接件和浮動球鉸連接；加載系統為固定在加載臺面上的MTS靜動力作動器，可提供靜態以及正弦等動態加載模式，溫控系統為高低溫環境箱，還提供了該裝置的應用方法，解決了水工瀝青混凝土拉伸試驗中存在安裝及加載過程中難以對中，試件尺寸小，試件與夾具連接不牢固，安裝過程繁瑣，測試精度低問題。

技術領域

本發明屬于土木工程實驗技術領域，涉及一種水工瀝青混凝土直接拉伸試驗裝置。

本發明還涉及一種水工瀝青混凝土直接拉伸試驗裝置的應用方法。

背景技術

水工瀝青混凝土是由粗骨料、細骨料、瀝青、填料等材料按一定比例混合而成的一種復合材料，具有變形性能好、防滲性能強等優點，主要應用于水工防滲體結構中，例如土石壩防滲心墻或面板。大量研究表明，當土石壩壩基發生不均勻沉降時，瀝青混凝土面板不可避免地受到拉應力的作用；當土石壩沿著陡峭岸坡向河谷中心發生滑移變形時，瀝青混凝土心墻肩部不可避免地受到拉應力的作用，并且拉應力隨著心墻壩高度的增加而增加。實際工程中，瀝青混凝土的拉伸強度和拉伸變形遠低于抗壓強度和壓縮變形，故防滲體結構破壞區域大小及破壞程度很大程度上取決于瀝青混凝土材料的拉伸力學特性，當瀝青混凝土發生結構性拉裂破壞時，這勢必對大壩的安全造成重大危害。

測試瀝青混凝土材料拉伸力學性能指標常用方法有直接拉伸試驗、劈裂試驗和彎曲試驗，而軸向直接拉伸試驗是獲得材料拉伸力學性能最適合、最準確的試驗方法。然而，目前開展瀝青混凝土材料的軸向直接拉伸試驗存在幾大問題：一是試件在安裝及加載過程中難以保證軸心拉伸狀態，導致測試的拉伸力學指標存在較大的誤差。二是針對水工瀝青混凝土原材料和成型的特點，應選用適宜的拉伸試件尺寸。現有開展水工瀝青混凝土直接拉伸試驗的試件尺寸為40mm×40mm×220mm的棱柱體，對于這種小尺寸棱柱體試件，若直接進行成型制備，則無法保證密實，達不到水工瀝青混凝土的防滲性能要求，故通常情況下，這種棱柱體試件都是先通過實驗室成型(馬歇爾擊實成型、靜壓成型等)或現場鉆芯取樣，再通過切割制作而成，而再次切割加工會對試件不可避免地造成初始損傷。此外，水工瀝青混凝土的最大骨料尺寸為19mm，采用截面尺寸為40mm×40mm的試件開展拉伸試驗還需考慮骨料尺寸效應的影響。三是試件與夾具的連接方式影響試驗結果的準確性。瀝青混凝土作為一種非均勻的相變材料，溫度或加載速率對其拉伸強度、剛度等力學性能有顯著影響，隨著溫度的降低或加載速率的提高，瀝青混凝土的剛度增加，進而要求試件與夾具的連接剛度更大。此外，當采用更大的截面尺寸試件開展拉伸試驗時，對試件與夾具的連接剛度和穩定性提出了更高的要求。四是當材料開裂時，裂紋快速擴展，應力急劇下降，現有傳感器的采集精度難以精確測量試件達到峰值應力后的應力-應變曲線。

因此，針對水工瀝青混凝土材料特征，開展水工瀝青混凝土軸向拉伸試驗裝置及其應用方法的研究具有十分重要的理論意義和工程應用價值。

發明內容

本發明的目的是提供一種水工瀝青混凝土直接拉伸試驗裝置，解決了現有水工瀝青混凝土拉伸試驗中存在著安裝及加載過程中難以對中，試件尺寸小，試件與夾具連接不牢固，安裝過程繁瑣，測試精度低的問題。

本發明的另一個目的是提供一種水工瀝青混凝土直接拉伸試驗裝置的應用方法。

本發明所采用的第一個技術方案是，一種水工瀝青混凝土直接拉伸試驗裝置，包括支撐架體，支撐架體頂部裝設有水平橫梁，支撐架體的底部設有與橫梁平行的加載臺面，所述橫梁的底部連接有MTS作動器，MTS作動器底部連接有第一滑動T行連接件，第一滑動T行連接件通過第一浮動球鉸連接第一拉伸夾具；第一滑動T行連接件和第一浮動球鉸之間還設置有拉力傳感器；