【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于极端环境道路工程，尤其涉及一种极端环境道路工程多功能实验系统。
技术介绍
1、青藏高原冻土区环境恶劣，高温高含冰量极不稳定冻土占比极大，达到50％以上，加之区内气候多变、冻融频繁、辐射强烈、昼夜温差大，使得该地区冻土对道路工程扰动极为敏感，融沉等病害频发；滨海地区高温高湿、暴雨强风、强腐蚀环境外加重载、疲劳、极端灾害作用，使得滨海道路工程病害高发，垮塌事故屡有发生。这些极端恶劣环境与疲劳重载的耦合作用，致使道路结构服役韧性降低、服役寿命缩短、灾害频发，严重威胁行车安全。因此有必要开展极端环境与荷载耦合作用下的道路性能研究，以提升道路结构的工程建养、安全韧性、服役寿命、智能化与绿色化水平。
2、申请号为202310386318.7的中国专利，公开了一种路基填料压实性能及荷载传递实验的可视化模型箱，涉及道路工程路基相似试验
，解决了现有仅通过常规的物理力学试验具有很大的局限性，不能准确的表现出实际填筑路基的性能，而进行铺筑实验，又会耗费大量的人力物力成本的问题，包括底座、横向电动滑轨、电动滑块一、竖板、竖向电动滑轨、电动滑块二、模型箱、伺服电机、框体、微型电机、丝杆、套环、导向杆、转杆、压力器、弧形框、限位卡槽、限位套框、卡块、限位块、竖框、滑板、横板、第一限位杆、第一弹簧、转板；具有可以方便灵活对路基填料压实性能及荷载传递进行实验验证，且可以灵活调整监测，方便灵活安装使用的特点；
3、但现有技术中，实验系统无法模拟多种极端环境，不便于在多种极端环境下对道路进行实验，降低实验系统的功能性和
4、因此，专利技术一种极端环境道路工程多功能实验系统显得非常必要。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种极端环境道路工程多功能实验系统，以解决现有技术中，实验系统无法模拟多种极端环境，不便于在多种极端环境下对道路进行实验，降低实验系统的功能性和实验效果的问题。
2、为此，本专利技术提供了一种极端环境道路工程多功能实验系统，包括模型箱、加载组件、第一温控系统、第二温控系统、补水系统、待测道路组件、底部保温板、降水系统、照明系统、风控系统和紫外系统，所述底部保温板安装在模型箱内部的下侧，且底部保温板的上侧开设有安装槽；所述第二温控系统安装在安装槽内部的下侧；所述补水系统安装在第二温控系统的上方；所述待测道路组件放置于补水系统的上方；所述降水系统安装在模型箱内部上侧的中间位置；所述第一温控系统安装在模型箱内部上侧的两端；所述照明系统安装在模型箱内部的上侧，且照明系统位于第一温控系统和降水系统之间；所述紫外系统安装在模型箱内部的上侧，且紫外系统位于降水系统和照明系统之间；所述风控系统安装在模型箱内部的两侧；所述加载组件安装在模型箱的外侧，且加载组件的末端位于待测道路组件的上方；
3、所述加载组件包括安装支座、动力系统、固定板、传动组件和加载小车，所述安装支座安装在模型箱的外侧；所述动力系统安装在安装支座上方背离模型箱的一端；所述固定板安装在安装支座上方靠近模型箱的一端；所述加载小车设置在待测道路组件的上方；所述传动组件的一端安装在动力系统的输出端，且传动组件的另一端安装在加载小车上，该传动组件的中间位置与固定板滑动配合。
4、进一步的，极端环境道路工程多功能实验系统包括福马轮、电控柜和plc控制器，所述福马轮采用多个，且福马轮安装在底部保温板的下方四角，移动到位置后旋转福马轮，使实验系统固定在地面上；所述电控柜接通市电进行供电；所述plc控制器通电运行进行系统控制。
5、进一步的，所述待测道路组件包括地基土、路基层、路面基层和路面沥青层，所述地基土放置于补水系统的上方；所述路基层、路面基层和路面沥青层布设于地基土的上方，且地基土、路基层、路面基层和路面沥青层从下到上依次排列；所述模型箱采用不锈钢板材和有机玻璃板加工而成，留有观察窗，内衬为保温板，且模型箱的四周与顶板均采用可拆卸设置，采用螺栓固定。
6、进一步的，所述动力系统包括外部电机、减速机、变频器和控制器；所述加载小车上安装有位移传感器，且位移传感器采集加载小车的运动数据并实时传输至运动控制器，从而控制外部电机转速，以控制加载小车的速度，该加载小车通过增加砝码来模拟不同的轴重，砝码用螺丝固定与加载小车内，轴重根据实验需求调整范围为10～100kg；所述第一温控系统采用翅片管热交换器、高低温一体机与风冷器控制环境温度，控温范围为-30℃～60℃，控温精度为±0.1℃，所述翅片管热交换器安装于模型箱的侧壁，与模型箱外的高低温一体机连接，模型箱内部安装温度传感器，温度控制器通过pid控制高低温一体机的加热管发热量来闭环控制模型箱内温度，翅片管热交换器后面装有风冷器，加速热量交换并使模型箱内的温度更加均匀。
7、进一步的，所述第二温控系统通过冷浴液循环控制底板温度，控温范围为-20℃～40℃，控温精度为±0.1℃；所述补水系统采用补水控温承载板模拟地下水对道路结构的补给，补水控温承载板采用三层铝合金加工而成，能使温度更快的传递到待测道路组件，最底层和中间层之间刻有沟槽，用于冷浴循环机的冷浴液流通，控制底板温度，中间层和上层之间刻有沟槽，用于均匀的补水，连接恒压水头控制器，提供恒压补水，三层之间大部分都是实心结构，能承受比较大的应力，每层之间均有密封圈，保证防冻液和补水的密封性；所述降水系统正对待测道路组件的区域设置降水装置，降雨强度范围100～1500mm/h，模拟滨海环境暴雨对待测道路组件的破坏；所述风控系统的风速5～25m/s，模拟滨海环境台风对待测道路组件的破坏；所述紫外系统的紫外强度3～5级，模拟高原环境强辐射对道路结构的破坏。
8、进一步的，所述模型箱的内部还设置有监测采集系统，且监测采集系统包括热通量传感器、温度传感器、含冰量传感器、含水量传感器、分布式光纤、高分辨线阵相机、无线传输系统，实现温、湿、力、变形的实时监测采集；配备远程监控系统，实时观测道路状态。
9、与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
10、1、本专利技术，实验系统主要用于测试极端环境下(包括高原冻土环境、滨海湿热环境)道路结构的服役性能，包括承载能力与耐久性能，实验系统由加载组件、第一温控系统、第二温控系统、补水系统、待测道路组件、降水系统、照明系统、风控系统和紫外系统组成；通过各个结构的联合作用，实验系统可实现温度、湿度、风、雨、紫外等环境因素的精密控制，可精确模拟真实高原冻土、滨海湿热等极端环境与各类交通荷载，实时获取道路结构服役状态数据，为极端环境下道路结构的劣化损伤致灾机制、服役寿命预测、服役韧性提升的相关研究提供坚实基础；
11、2、本专利技术，采用加载组件进行加载，通过增加砝码来模拟不同的轴重，砝码用螺丝固定与加载小车内，轴重根据实验需求调整范围为10～100kg；通过外部电机、减速机和变频器运动带动加载小车运动，在待测道路组件上1秒内最多可完成3个来回；利用位移传感器采集运动数据并实时传输至运动控制器，从而控本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种极端环境道路工程多功能实验系统，其特征在于：包括模型箱(1)、加载组件(2)、第一温控系统(3)、第二温控系统(4)、补水系统(5)、待测道路组件(6)、底部保温板(7)、降水系统(8)、照明系统(9)、风控系统(11)和紫外系统(12)，所述底部保温板(7)安装在模型箱(1)内部的下侧，且底部保温板(7)的上侧开设有安装槽；所述第二温控系统(4)安装在安装槽内部的下侧；所述补水系统(5)安装在第二温控系统(4)的上方；所述待测道路组件(6)放置于补水系统(5)的上方；所述降水系统(8)安装在模型箱(1)内部上侧的中间位置；所述第一温控系统(3)安装在模型箱(1)内部上侧的两端；所述照明系统(9)安装在模型箱(1)内部的上侧，且照明系统(9)位于第一温控系统(3)和降水系统(8)之间；所述紫外系统(12)安装在模型箱(1)内部的上侧，且紫外系统(12)位于降水系统(8)和照明系统(9)之间；所述风控系统(11)安装在模型箱(1)内部的两侧；所述加载组件(2)安装在模型箱(1)的外侧，且加载组件(2)的末端位于待测道路组件(6)的上方；
2.如权利要求1所述的极
3.如权利要求1所述的极端环境道路工程多功能实验系统，其特征在于：所述待测道路组件(6)包括地基土(61)、路基层(62)、路面基层(63)和路面沥青层(64)，所述地基土(61)放置于补水系统(5)的上方；所述路基层(62)、路面基层(63)和路面沥青层(64)布设于地基土(61)的上方，且地基土(61)、路基层(62)、路面基层(63)和路面沥青层(64)从下到上依次排列。
4.如权利要求1所述的极端环境道路工程多功能实验系统，其特征在于：所述模型箱(1)采用不锈钢板材和有机玻璃板加工而成，留有观察窗，内衬为保温板，且模型箱(1)的四周与顶板均采用可拆卸设置，采用螺栓固定。
5.如权利要求1所述的极端环境道路工程多功能实验系统，其特征在于：所述动力系统(22)包括外部电机、减速机、变频器和控制器；所述加载小车(25)上安装有位移传感器，且位移传感器采集加载小车(25)的运动数据并实时传输至运动控制器，从而控制外部电机转速，以控制加载小车(25)的速度，该加载小车(25)通过增加砝码来模拟不同的轴重，砝码用螺丝固定于加载小车(25)内，轴重根据实验需求调整范围为10～100kg。
6.如权利要求1所述的极端环境道路工程多功能实验系统，其特征在于：所述第一温控系统(3)采用翅片管热交换器、高低温一体机与风冷器控制环境温度，控温范围为-30℃～60℃，控温精度为±0.1℃；所述翅片管热交换器安装于模型箱(1)的侧壁，与模型箱(1)外的高低温一体机连接，模型箱(1)内部安装温度传感器，温度控制器通过PID控制高低温一体机的加热管发热量来闭环控制模型箱内温度，翅片管热交换器后面装有风冷器，加速热量交换并使模型箱(1)内的温度更加均匀。
7.如权利要求1所述的极端环境道路工程多功能实验系统，其特征在于：所述第二温控系统(4)通过冷浴液循环控制底板温度，控温范围为-20℃～40℃，控温精度为±0.1℃；所述补水系统(5)采用补水控温承载板模拟地下水对道路结构的补给，补水控温承载板采用三层铝合金加工而成，能使温度更快的传递到待测道路组件(6)，最底层和中间层之间刻有沟槽，用于冷浴循环机的冷浴液流通，控制底板温度，中间层和上层之间刻有沟槽，用于均匀的补水，连接恒压水头控制器，提供恒压补水，三层之间大部分都是实心结构，能承受比较大的应力，每层之间均有密封圈，保证防冻液和补水的密封性。
8.如权利要求1所述的极端环境道路工程多功能实验系统，其特征在于：所述降水系统(8)正对待测道路组件(6)的区域设置降水装置，降雨强度范围100～1500mm/h，模拟滨海环境暴雨对待测道路组件(6)的破坏；所述风控系统(11)的风速5～25m/s，模拟滨海环境台风对待测道路组件(6)的破坏；所述紫外系统(12)的紫外强度3～5级，模拟高原环境强辐射对道路结构的破坏。
9.如权利要求1所述的极端环境道路工程多功能实验系统，其特征在于：所述模型箱(1)的内部还设置有监测采集系统，且监测采集系统包括热通量传感器、温度传感器、含冰量传感器、含水量传感器、分布式光纤、高分辨线阵相机、无线传输系统，实现温、湿、力、变形的实时监...
【技术特征摘要】
1.一种极端环境道路工程多功能实验系统，其特征在于：包括模型箱(1)、加载组件(2)、第一温控系统(3)、第二温控系统(4)、补水系统(5)、待测道路组件(6)、底部保温板(7)、降水系统(8)、照明系统(9)、风控系统(11)和紫外系统(12)，所述底部保温板(7)安装在模型箱(1)内部的下侧，且底部保温板(7)的上侧开设有安装槽；所述第二温控系统(4)安装在安装槽内部的下侧；所述补水系统(5)安装在第二温控系统(4)的上方；所述待测道路组件(6)放置于补水系统(5)的上方；所述降水系统(8)安装在模型箱(1)内部上侧的中间位置；所述第一温控系统(3)安装在模型箱(1)内部上侧的两端；所述照明系统(9)安装在模型箱(1)内部的上侧，且照明系统(9)位于第一温控系统(3)和降水系统(8)之间；所述紫外系统(12)安装在模型箱(1)内部的上侧，且紫外系统(12)位于降水系统(8)和照明系统(9)之间；所述风控系统(11)安装在模型箱(1)内部的两侧；所述加载组件(2)安装在模型箱(1)的外侧，且加载组件(2)的末端位于待测道路组件(6)的上方；
2.如权利要求1所述的极端环境道路工程多功能实验系统，其特征在于：还包括福马轮(10)、电控柜和plc控制器，所述福马轮(10)采用多个，且福马轮(10)安装在底部保温板(7)的下方四角，移动到位置后旋转福马轮(10)，使实验系统固定在地面上；所述电控柜接通市电进行供电；所述plc控制器通电运行进行系统控制。
3.如权利要求1所述的极端环境道路工程多功能实验系统，其特征在于：所述待测道路组件(6)包括地基土(61)、路基层(62)、路面基层(63)和路面沥青层(64)，所述地基土(61)放置于补水系统(5)的上方；所述路基层(62)、路面基层(63)和路面沥青层(64)布设于地基土(61)的上方，且地基土(61)、路基层(62)、路面基层(63)和路面沥青层(64)从下到上依次排列。
4.如权利要求1所述的极端环境道路工程多功能实验系统，其特征在于：所述模型箱(1)采用不锈钢板材和有机玻璃板加工而成，留有观察窗，内衬为保温板，且模型箱(1)的四周与顶板均采用可拆卸设置，采用螺栓固定。
5.如权利要求1所述的极端环境道路工程多功能实验系统，其特征在于：所述动力系统(22)包括外部电机、减速机、变频器和...
【专利技术属性】
技术研发人员：汤天笑，李惟简，杜彦良，朱家松，周海俊，张连振，许红彬，李峰，张君臣，赵昱，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：
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