УСТАНОВКА ДЛЯ ОЦЕНКИ УСТАЛОСТИ АСФАЛЬТОБЕТОНА ПРИ ЦИКЛИЧЕСКИХ ДИНАМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ
DEVICE FOR FATIGUE ASSESSMENT OF ASPHALT CONCRETE UNDER CYCLIC DYNAMIC IMPACTS

Изобретение относится к области дорожного строительства, а именно к оборудованию для испытаний материалов, в частности асфальтобетона, на усталость при циклических динамических воздействиях, и может быть использовано в автодорожном хозяйстве, строительстве аэродромов, строительной индустрии.
За последние годы на дорогах России наблюдается значительный рост интенсивности движения, скоростных режимов транспортных средств и грузоподъемности автомобилей. В современных условиях эксплуатации происходит увеличение количества приложений транспортных нагрузок в единицу времени, что обусловливает ускоренное развитие усталостных процессов в асфальтобетонном покрытии. Усталостная прочность асфальтобетона - способность материала сопротивляться действию циклических (повторно-переменных) нагрузок - является важнейшей характеристикой, определяющей долговечность асфальтобетонного покрытия и дорожной одежды в целом.
Испытания асфальтобетонов под действием циклических нагрузок (усталостной прочности) позволяют моделировать реальные условия нагружения асфальтобетона в покрытии. В результате можно определить как характеристики жесткости (деформативности), так и усталостную прочность или выносливость асфальтобетона до разрушения. Причем диапазоны амплитуд нагружения в этих методах испытаний должны быть разными.
Известно устройство по способу оценки усталости асфальтобетона при циклических динамических воздействиях, содержащее основание, узел позиционирования образца в виде пары зажимных вилок, узел нагружения образца, выполненный с возможностью измерения перемещений и нагружающего усилия и представляющий собой две связанные консоли, приводящиеся в колебательное движение с помощью двухполюсного электромагнита (см. RU №2299417, МПК G01N 3/32, дата публикации 20.05.2007).
Недостатком данного технического решения является недостаточная достоверность измерений при циклических динамических воздействиях за счет жесткого защемления балки-образца, создающего дополнительные внутренние усилия на концах и наличия влияния действия двухполюсного электромагнита на величину прикладываемого усилия и характеристик колебаний.
В качестве ближайшего аналога принято устройство для определения деформаций динамической ползучести дорожно-строительных материалов, содержащее каркас, подъемный стол, выполненный с возможностью изменения высоты, узел позиционирования образца в виде подъемного стола, узел нагружения образца, содержащий шатунно-ползунный механизм и выполненный с возможностью приложения циклической динамической нагрузки и возможностью измерения перемещений и нагружающего усилия (RU №111293, МПК G01N 3/36, дата публикации 10.12.2011).
В качестве недостатков ближайшего аналога можно указать недостаточную достоверность измерений при циклических динамических воздействиях, а также повышенную материалоемкость конструкции.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение достоверности оценки параметров прочностной усталости асфальтобетона при циклических динамических воздействиях.
Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в повышении достоверности оценки параметров прочностной усталости асфальтобетона при циклических динамических воздействиях за счет обеспечения более точного моделирования реальных условий работы асфальтобетонного покрытия в процессе испытаний (расчетная модель «подстилающий слой - асфальтобетон»), а также в снижении материалоемкости конструкции.
Поставленная задача решается тем, что в установке для оценки усталости асфальтобетона при циклических динамических воздействиях, содержащей каркас, подъемный стол, выполненный с возможностью изменения высоты, узел позиционирования балки-образца, узел нагружения балки-образца, выполненный с возможностью приложения циклической динамической нагрузки и возможностью измерения перемещений и нагружающего усилия, содержащий шатунно-ползунный механизм, узел позиционирования балки-образца содержит зажимные захваты, установленные по концам балки-образца параллельно поперечной оси симметрии каркаса и промежуточное упругое основание, выполненное в виде емкости, заполненной модельным грунтом с возможностью плотного контактирования с обращенной к нему плоскостью балки-образца, при этом нагружающий элемент узла нагружения балки-образца выполнен с возможностью его позиционирования в середине балки-образца, кроме того, измерения нагружающего усилия выполняют с помощью датчика усилия в виде балки равного сопротивления, измерения перемещений выполняют с помощью тензорезисторов и пружин, причем свободные концы пружин закреплены на каркасе, для изменения высоты подъемного стола используют винтовую пару и конструкция установки дополнительно снабжена счетчиком числа нагружений.
Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения с существенными признаками ближайшего аналога свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».
При этом признаки отличительной части формулы изобретения обеспечивают решение следующих функциональных задач.
Признак «узел позиционирования балки-образца содержит зажимные захваты, установленные по концам балки-образца параллельно поперечной оси симметрии каркаса и промежуточное упругое основание, выполненное виде емкости, заполненной модельным грунтом с возможностью плотного контактирования с обращенной к нему плоскостью балки-образца» позволяет избежать возникновения дополнительных внутренних усилий за счет шарнирного крепления балки-образца и учесть совместность работы асфальтобетона и подстилающего слоя благодаря применению расчетной модели «подстилающий слой - асфальтобетон».
Признак «нагружающий элемент узла нагружения балки-образца выполнен с возможностью его позиционирования в середине балки-образца» позволяет измерить перемещение в виде изгибных деформаций.
На фиг.1 изображен общий вид испытательной установки для нагружения циклической изгибающей нагрузкой.
На фиг.2 изображен вид сбоку установки, подготовленной для нагружения циклической изгибающей нагрузкой.
На чертежах изображена испытательная установка, включающая каркас 1, подъемный стол 2, узел позиционирования балки-образца 3, содержащий зажимные захваты 4 и промежуточное упругое основание 5, узел нагружения, содержащий шатунно-ползунный механизм 6, датчик усилия 7, тензорезисторы 8 и пружины 9, винтовая пара 10, счетчик числа нагружений 11.
Каркас 1 состоит из рамных конструкций, собранных преимущественно из металлического профиля в виде уголков.
Подъемный стол 2 выполнен с возможностью изменения высоты с помощью винтовой пары 10.
Зажимные захваты 4 позволяют закрепить балку-образец 3 по концам как шарнирно, так и жестко.
Промежуточное упругое основание 5 выполнено виде емкости, заполненной модельным грунтом и позволяет использовать расчетную модель «подстилающий слой - асфальтобетон».
Шатунно-ползунный механизм 6 позволяет преобразовать вращательное движение в поступательное.
Датчик усилия 7 выполнен в виде балки равного сопротивления.
Тензорезисторы 8 обеспечивают возможность регистрации изгибных деформаций балки-образца 3 и промежуточного упругого основания 5.
Пружины 9, свободные концы которых закреплены на каркасе 1, обеспечивают возможность регистрации вертикального перемещения (прогиба) балки-образца 3 и промежуточного упругого основания 5.
Счетчик числа нагружений 11 позволяет регистрировать количество циклов до отказа (разрушения) балки-образца 3.
Заявляемая конструкция работает следующим образом.
Предварительно из асфальтобетона различных видов изготавливают ряд балок-образцов 3 размером 10×10×50 см (могут быть и другие размеры). Затем балку-образец 3 укладывают на промежуточное упругое основание 5 с возможностью их плотного контактирования и закрепляют по концам (краям) на каркасе 1 с помощью зажимных захватов 4. При этом положение промежуточного упругого основания 5 регулируется подъемным столом 2 с помощью винтовой пары 10.
Далее происходит нагружение изгибающей нагрузкой с помощью шатунно-ползунного механизма 6, который передает колебания и усилие на балку-образец 3. Во время испытаний нагрузку прикладывают к середине балки-образца 3 до отказа при последовательном нагружений в определенных режимах, при этом контролируют температуру и сообщаемое образцу усилие с помощью датчика усилия 7. Длительность и амплитуда нагружения определяются частотным спектром воздействия транспортных средств на асфальтобетонное покрытие. Также в процессе испытания при каждом режиме нагружения регистрируют изгибные деформации балки-образца 3 и промежуточного упругого основания 5 с помощью тензорезисторов 8, количество циклов до отказа (разрушения) балки-образца 3 с помощью счетчика числа нагружений 11, вертикальное перемещение (прогиб) балки-образца 3 и промежуточного упругого основания 5 с помощью пружин 9, образование трещин и их развитие.
Далее производят анализ на основе следующих показателей: частотных и температурных зависимостей модуля упругости, изгибных, предпочтительно растягивающих деформаций образца и деформаций упругого основания, коэффициента постели упругого основания, площади петли гистерезиса в координатах напряжение - деформации, энергии диссипации в каждый конкретный цикл и на протяжении всего испытания, количеству циклов до отказа образца.
По результатам испытаний назначают расчетные характеристики материалов, используемые при проектировании покрытия. В итоге можно определить как характеристики жесткости (деформативности), так и усталостную прочность или выносливость асфальтобетона до разрушения.