申请/专利权人：长安大学

申请日：2017-12-11

公开（公告）日：2024-04-19

公开（公告）号：CN107957314B

主分类号：G01L11/00

分类号：G01L11/00;G01N3/56

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.19#授权;2018.05.18#实质审查的生效;2018.04.24#公开

摘要：本发明涉及一种荷载及动水耦合作用下路面板的动水压力值测试装置，包括水箱，水箱内能够固定放置路面板试件，路面板试件上开设用于安装压力传感器的孔洞，压力传感器连接数据读取装置；路面板试件的上侧安装能够压紧路面板试件并进行往返运动的轮碾装置，水箱上设置有进水孔。本发明向水箱内注水以在路面板试件上形成一定厚度的水膜，通过在路面板试件上的孔洞内固定压力传感器，可以测量动水压力，通过设置轮碾装置，便于对路面板试件施加荷载并在路面板试件上做直线往返运动，更真实的测量路面在车辆荷载重复作用下动水压力对混凝土面板板底和板顶的实际动水压力，测量准确。

主权项：1.一种荷载及动水耦合作用下路面板的动水压力值测试装置，其特征在于：包括水箱9，水箱9内能够固定放置路面板试件12，路面板试件12上开设用于安装压力传感器5的孔洞，压力传感器5连接数据读取装置；路面板试件12的上侧安装能够压紧路面板试件12并进行往返运动的轮碾装置，水箱9上设置有进水孔4；水箱9的底部内侧设置橡胶板底座13，橡胶板底座13的上表面设置有凸起和相互连通的积水槽；水箱9的四个侧壁内侧设置有用于固定路面板试件12的橡胶块11；水箱9的内侧设置有水位线，水箱9的侧面上开设带有阀门的泄水孔10；轮碾装置包括用于压紧路面板试件12上表面的试验轮8，试验轮8连接用于调节压力的油压装置2，油压装置2通过连杆机构1连接动力装置。

全文数据：荷载及动水耦合作用下路面板的动水压力值测试装置技术领域[0001]本发明属于冲刷试验领域，具体涉及一种荷载及动水耦合作用下路面板的动水压力值测试装置。背景技术[0002]水泥或沥青路面长期暴露在自然环境下，在降雨条件或有路表积水时，会在路表面形成一层漫流水膜。在汽车的高速行驶过程中，介于轮胎和路面之间的水膜会受到一种水力冲刷作用，从而产生一个瞬时的动态水压力。这种动水压力反复冲刷路面，并侵入路面结构内部诱发剥落、水损害等道路破坏。对于沥青路面，动水压力易使沥青混合料产生松散、剥落，减小沏青层有效厚度，进而导致整个面层内部的破碎。且由于沥青面层的空隙的存在，积水的下渗势必会在各结构层产生冲刷破坏。对于水泥路面，动水主要在路面板顶产生冲刷作用形成小坑洞以及通过切割缝在板底产生冲刷损害形成唧泥和剥落等损害，严重影响路面的使用性能。[0003]针对上述的水损害，为了模拟路面实际作用环境，近年来，国内外的研宄也从静态水损害逐渐转移到了动态水损害即荷载和动水耦合作用下路面的破环作用。但是在动水压力值的模拟方面，室内模拟试验采用的动水压力值通常都是通过理论分析或直接采用水压表上的压力值取得，缺乏可靠性和系统性，不能真实反映实际路面受到的动水压力。发明内容[0004]本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种荷载及动水耦合作用下路面板的动水压力值测试装置，能够准确测量荷载和动水耦合作用下路面板受到的动水压力值。[0005]为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：[0006]包括水箱，水箱内能够固定放置路面板试件，路面板试件上开设用于安装压力传感器的孔洞，压力传感器连接数据读取装置;路面板试件的上侧安装能够压紧路面板试件并进行往返运动的轮碾装置，水箱上设置有进水孔。[0007]进一步地，水箱的底部内侧设置橡胶板底座，橡胶板底座的上表面设置有凸起和相互连通的积水槽。[0008]进一步地，水箱的四个侧壁内侧设置有用于固定路面板试件的橡胶块。[0009]进一步地，在路面板试件放入水箱后，进水孔高于路面板试件的上表面。[0010]进一步地，水箱的内侧设置有水位线，水箱的侧面上开设带有阀门的泄水孔。[0011]进一步地，路面板试件上的孔洞为圆柱形孔洞。[0012]进一步地，压力传感器通过支撑铁架安装在路面板试件的孔洞中，压力传感器和支撑铁架之间为螺纹连接。[0013]进一步地，轮碾装置包括用于压紧路面板试件上表面的试验轮，试验轮连接用于调节压力的油压装置，油压装置通过连杆机构连接动力装置。[0014]进一步地，试验轮采用带轮胎花纹的橡胶试验轮。[0015]进一步地，动力装置采用电机，电机的输出轴上设置转速调节器且连接连杆机构。[0016]与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：[0017]本发明向水箱内注水以在路面板试件上形成一定厚度的水膜，通过在路面板试件上设置孔洞，在孔洞内固定压力传感器，可以测量动水压力，通过设置轮碾装置，便于对路面板试件施加荷载并在路面板试件上做直线往返运动，更真实的测量路面在车辆荷载重复作用下动水压力对混凝土面板板底和板顶的实际动水压力，本发明采用动荷载和水膜共同作用，利于研宄荷载与动水共同作用对路面混凝土的损伤，通过数据读取装置对荷载和动水耦合作用下路面板受到的动水压力值进行读取，测量准确。本发明结构合理，操作简单，控制灵活。[0018]进一步地，本发明通过设置橡胶板底座，具有一定弹性，能够更好地使试件底部的水形成冲刷和栗吸作用，模拟效果更好。[0019]进一步地，本发明通过设置橡胶块，可以缓解路面板试件由于试验轮碾压带来的震动。[0020]进一步地，本发明通过设置水位线和泄水孔，可以观察并调节水膜厚度，不会损坏上侧机构。[0021]进一步地，本发明压力传感器和支撑铁架之间为螺纹连接，可根据需要测量位置的深度调节压力传感器拧入的螺纹深度。[0022]进一步地，本发明通过设置油压装置，可以通过改变油压来改变动水压力的大小，实现对冲刷过程的精确控制。[0023]进一步地，本发明通过采用带轮胎花纹的橡胶试验轮，更好地模拟实际碾压作用。[0024]进一步地，本发明通过设置转速调节器，能改变电机输出轴的转速，改变动水冲刷的频率，实现对冲刷过程的精确控制。附图说明[0025]图1为本发明的结构示意图。[0026]其中，1为连杆机构，2为油压装置，3为水膜，4为进水孔，5为压力传感器，6为支撑铁架，7为电机，8为试验轮，9为水箱，10为泄水孔，11为橡胶块，I2为路面板试件，13为橡胶板底座。具体实施方式[0027]下面结合附图对本发明做进一步详细说明。[0028]参见图1，本发明包括水箱9，水箱9内能够固定放置路面板试件12，路面板试件12中间钻取一个用于安装压力传感器5的孔洞，该孔洞为圆柱形孔洞，直径为8〇mm;压力传感器5通过支撑铁架6安装在路面板试件12的孔洞中，压力传感器5和支撑铁架6之间为螺纹连接，其中压力传感器5带有外螺纹，支撑铁架6带有内螺纹，通过带有外螺纹的压力传感器5拧入支撑铁架6控制传感器的埋置深度，支撑铁架6和孔洞间的孔隙通过细沙填充密实;压力传感器5连接数据读取装置，数据读取装置可以是与上位机相连的变送器或数据采集卡等。路面板试件12的上侧安装能够压紧路面板试件12并进行往返运动的轮碾装置。[0029]轮碾装置包括用于压紧路面板试件12上表面的试验轮8,对试件施加荷载;试验轮8连接用于调节试验轮8对路面板试件12压力的油压装置2,可以通过改变油压来改变动水压力的大小，实现对冲刷过程的精确控制。油压装置2通过连杆机构1连接动力装置，通过动力装置带动连杆机构1运动，从而带动试验轮8在路面板试件12上做直线往返运动。试验轮8采用带轮胎花纹形状的橡胶试验轮。动力装置采用电机7,电机7的输出轴上设置转速调节器且连接连杆机构1，通过设置转速调节器，改变电机输出轴的转速，改变动水冲刷的频率，实现对冲刷过程的精确控制。[0030]水箱9的底部内侧设置橡胶板底座13,具有一定弹性，橡胶板底座13的上表面设置有较大的凸起和相互连通的积水槽，使水箱9的底部形成凹凸不平状，能够更好地使试件底部的水形成冲刷和栗吸作用，模拟效果更好。水箱9的四个侧壁内侧设置有用于固定路面板试件12的橡胶块11，可以缓解路面板试件12由于试验轮8碾压带来的震动。[0031]压力传感器5的外接电缆通过路面板试件12孔洞的下方导出，穿过橡胶板底座13，并从橡胶板底座13和水箱9之间穿过，经橡胶块11和水箱9之间穿出连接数据读取装置。电缆可以用防水电缆，橡胶板底座13和橡胶块11也起到密封电缆的作用。[0032]水箱9上设置带有阀门的进水孔4,在路面板试件12放入水箱9后，进水孔4的位置高于路面板试件12的上表面。水箱9的内侧刻有水位线，可以观察水膜3的厚度，在水箱9的侧面上开设带有阀门的泄水孔10,当超过所需厚度的水膜时，打开泄水孔10上的阀门进行调节，并在试验结束时打开阀门进行排水。[0033]本发明主要的工作原理及过程：[0034]试验时，将一整块路面板试件12安放在橡胶板底座13的顶面，通过橡胶块11将路面板试件12固定。先通过需要测量的路面深度处的动水压力拧入压力传感器5,将压力传感器5连同支撑铁架6—起埋入圆柱形孔洞中，孔隙处用细沙填补。打开进水孔4上的阀门向水箱9中注水，形成一定厚度的水膜3停止注水，路面板试件12表面注水完成后将试验轮8安放到路面板试件12表面，与之接触并压紧。连杆机构丨连接试验轮8与油压装置2,开动电机7后，电机7通过连杆机构1带动试验轮8在滑道上做直线往返运动，路面板试件12表面积水受到试验轮8的挤压形成动水压力对路面板试件12表面不断冲刷。路面板试件12表面的积水通过士洞进入路面板试件12内部，并在压力传感器5上形成一定的动水压力，通过变送器或数据采集卡上传到上位机，即可在上位机如电脑上读取不同深度处的动水压力值。通过增加或减少油压装置2内的油压，从而改变可以调节动水压力大小，通过转速调节器改变电机7输出的转速，可以控制动水冲刷频率。[0035]本发明通过钻取圆柱形孔洞，在圆柱形孔洞内通过支撑铁架6固定设置压力传感器5,可以测量不同地面深度处的动水压力，通过设置试验轮8和油压装置2,便于对试件施加荷载，通过设置动力装置和连杆机构1，带动试验轮8在试件上做直线往返运动，更真实的测量路面在车辆荷载重复作用下动水压力对混凝土面板板底和板顶的实际动水压力，能更真实的模拟水泥混凝土路面动水压力的产生，更真实的测量路面在车辆荷载重复作用下的动水压力，与实际的水泥路面面板冲刷条件紧密联系，利于研究荷载与动水共同作用对路面混凝土的损伤。本发明提供了一种荷载及动水耦合作用下路面板的压力值测试装置，能够模拟行驶车辆引起的动水压力对水泥混凝土路面板顶和板底的冲刷作用，结构合理，操作简单，控制灵活。[0036]本发明在试件内部不同深度埋置压力传感器，并采用动荷载和水膜共同作用，更真实的模拟路面在车辆荷载重复作用下动水压力对混凝土板的实际冲刷，更真实的测量路面板受到的动水压力。

权利要求：1.一种荷载及动水耦合作用下路面板的动水压力值测试装置，其特征在于:包括水箱9，水箱9内能够固定放置路面板试件（12，路面板试件（12上开设用于安装压力传感器⑸的孔洞，压力传感器⑸连接数据读取装置;路面板试件⑽的上侧安装能够压紧路面板试件12并进行往返运动的轮碾装置，水箱9上设置有进水孔^。2.根据权利要求1所述的一种荷载及动水耦合作用下路面板的动水压力值测试装置，其特征在于:水箱⑼的底部酬觀橡贿趣⑽，橡臟底座⑽社麵设置有凸起和相互连通的积水槽。3.根据权利要求1所述的一种荷载及动水耦合作用下路面板的动水压力值测试装置，其特征在于:水箱⑼的四个侧壁内侧设置有用于固定路面板试件12的橡胶块11。4.根据权利要求1所述的一种荷载及动水耦合作用下路面板的动水压力值测试装置，其特征在于:在路面板试件⑽放入水箱⑼后，进水孔⑷高于路面板试件⑽的上表面。5.11据权利要求1所述的-种荷载及动水稱合作用下路面板的动水压力值测试装置，其特征在于:水箱⑼的内侧设置有水位线，水箱⑼酬面上开设带有阀门的泄水孔⑽。M艮据权利要求1所述的-种荷载及动水親合作用下路面板的动水压力值测试装置，其特征在于:路面板试件I2上的孔洞为圆柱形孔洞。7.根据权利要求1所述的一种荷载及动水耦合作用下路面板的动水压力值测试装置，其特征在于:压力传感器5通过支撑铁架6安装在路面板试件（12的孔洞中，压力传感器和支撑铁架¢3之间为螺纹连接。8.根据权利要求1所述的一种荷载及动水耦合作用下路面板的动水压力值测试装置，其特征在于:轮碾装置包括用于压紧路面板试件（12上表面的试验轮8，试验轮8连接用于调节压力的油压装置2，油压装置2通过连杆机构D连接动力装置。9.根据权利要求8所述的一种荷载及动水耦合作用下路面板的动水压力值测试装置，其特征在于:试验轮⑻采用带轮胎花纹的橡胶试验轮。10.根据权利要求8ff述的一种荷载及动水耦合作用下路面板的动水压力值测试装置，其特征在于：动力装置采用电机7，电机7的输出轴上设置转速调节器且连接连杆机构⑴。

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