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隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，公路運輸交通量、載重量不斷增加，穿越公路管段的安全運行受到了地面車輛載荷的影響。為了檢測車輛碾壓對埋地管道的影響，我們采用了動態(tài)應(yīng)變儀對車輛碾壓下埋地管道進(jìn)行了應(yīng)力應(yīng)變測試試驗。

實驗管道介紹

目標(biāo)公路埋地管道材質(zhì)為L360管線鋼，管道規(guī)格為φ355.6*6.5mm，實驗管道材質(zhì)、規(guī)格與現(xiàn)場管道一致，管道長度為7m。管道采用焊接盲板密封，并在管道兩端焊接進(jìn)氣管道和排氣管道，進(jìn)排氣管道公稱直徑為DN15，壁厚為4mm。

空氣壓縮機

使用空氣壓縮機對實驗管道加壓，目標(biāo)公路埋地管道運行壓力在1-1.6MPa之間，選用壓縮機提供*大壓應(yīng)力應(yīng)在1.6MPa以上，實驗系統(tǒng)選用活塞式壓縮機，工作功率為7.5KW，能提供的*大壓力為3MPa，滿足了實驗要求。

應(yīng)力應(yīng)變測試系統(tǒng)

儀器采用南京聚航科技有限公司的JHDY動態(tài)應(yīng)變儀，多通道選擇，采樣頻率高達(dá)10KHz，可以有效采集車輛高速碾壓時埋地管道的應(yīng)變數(shù)據(jù)。應(yīng)變片采用JHBX120-3C應(yīng)變片。

車輛和砝碼

本次實驗以一輛六輪三軸貨車作為車輛荷載，車輛自重10t，滿載總質(zhì)量30t，車長9.6m，車寬2.3m，車高2.5m。通過加載混凝土砝碼改變車輛載重，單個砝碼自重1.5t，共計7個。

應(yīng)力應(yīng)變測試方案

管道密閉性測試

現(xiàn)場對實驗管道進(jìn)行了加壓密閉性測試，測試壓力為3MPa，穩(wěn)壓時間為2h，試驗結(jié)束后，管道壓力為2.9MPa，實驗管道能夠正常穩(wěn)壓，進(jìn)排氣管道可以安全使用。

應(yīng)變片的粘貼

本次實驗共有2個截面，共需8組應(yīng)變片。每個截面均勻選取4個部位進(jìn)行初步打磨，使用角磨機沿管道軸線方向?qū)y點進(jìn)行打磨，先使用80目砂紙進(jìn)行粗打磨，直至磨去管道表面腐蝕坑，再用240目砂紙進(jìn)行打磨，直至管道測點位置出現(xiàn)金屬光澤，且測點面積不小于10cm*30cm。

用點焊機將應(yīng)變片焊接到已打磨過的表面上，焊接前統(tǒng)一焊接方位，確保每個應(yīng)變片焊接的方向一致；焊接過程中，應(yīng)在應(yīng)變片兩側(cè)各點焊10次以上，以保證其與管道精密貼合。焊接完畢后，用防水乳膠將應(yīng)變片密封，保證應(yīng)變片不與水、沙土接觸，等待0.5h，待防水乳膠*全干燥后，安裝金屬防護(hù)殼，以確保應(yīng)變片不受外部擠壓。

數(shù)據(jù)傳輸連接

應(yīng)變片的粘貼以及防護(hù)工作完成后，采用萬用表測量應(yīng)變片是否能正常工作。測試完成后，需對應(yīng)變片的數(shù)據(jù)傳輸線進(jìn)行延長，延長距離為20m。保證管道埋地后數(shù)據(jù)線不會因為受力過大導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸失敗。在延長線過程中，先用點焊機將對應(yīng)的數(shù)據(jù)線以及屏蔽線焊接連接，然后用塑料管套在上面，采用高溫吹風(fēng)機使其緊緊套在線上，再采用PVC管套在塑料管上，PVC管道兩邊采用防水乳膠進(jìn)行填充，連接完畢后，第2次用萬用表對每個應(yīng)變片連接線的正確性進(jìn)行檢查，防止因為路線連接錯誤導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸失敗。

管道下溝與回填

將管道敷設(shè)在預(yù)設(shè)開挖坑中，開挖坑長度大于管道長度1m以上，寬度大于管道直徑0.5m以上，深度為實際工況管道埋深。將每一截面共4片應(yīng)變片的數(shù)據(jù)線利用膠帶捆綁為一組，然后將每組應(yīng)變片的數(shù)據(jù)傳輸線連接至數(shù)據(jù)采集器上，并在數(shù)據(jù)傳輸線和儀器上標(biāo)明所連接應(yīng)變片的截面和方位信息。

利用細(xì)土對管道進(jìn)行回填，待管道被細(xì)土覆蓋后，采用普通濕土對開挖坑繼續(xù)回填，回填完畢后，采用壓路機夯實土壤，土壤自然沉降3d后進(jìn)行實驗。

調(diào)試應(yīng)力應(yīng)變測試系統(tǒng)

操作人員檢查儀器連接是否正確，儀器插入屏蔽底線，儀器正常工作，利用標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)變片測試儀器數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，應(yīng)力應(yīng)變儀測試數(shù)據(jù)波動范圍應(yīng)在3με以內(nèi)。

試驗系統(tǒng)應(yīng)用

車輛碾壓下埋地管道應(yīng)力測試實驗包括管道加壓過程管道應(yīng)力測試以及車輛碾壓過程管道應(yīng)力測試。車輛碾壓時，埋地管道總應(yīng)變?yōu)閮?nèi)壓引起的管道應(yīng)變與車輛碾壓時管道應(yīng)變之和。管道加壓過程管道應(yīng)變測試中，實驗人員打開動態(tài)應(yīng)變儀，待測試數(shù)據(jù)波動范圍在3με內(nèi)，開啟空氣壓縮機對管道進(jìn)行充壓。充壓完畢后，停止數(shù)據(jù)采集，記錄管道應(yīng)變數(shù)據(jù)并保存。管道內(nèi)壓從0MPa加壓到1MPa，管道8個應(yīng)力監(jiān)測點的應(yīng)變情況如圖1，8個監(jiān)測點的管道應(yīng)變值隨著內(nèi)壓升高而增加，加壓完畢后8個監(jiān)測點的*大應(yīng)變值為32.5με。

圖1充壓時管道應(yīng)變數(shù)據(jù)

車輛碾壓過程管道應(yīng)變測試中，實驗人員打開動態(tài)應(yīng)變儀，待測試數(shù)據(jù)波動范圍正常后，由實驗人員指揮車輛按照規(guī)定路線對管道進(jìn)行碾壓，車輛行駛至終點后，實驗人員停止數(shù)據(jù)采集，記錄碾壓時管道產(chǎn)生的應(yīng)變數(shù)據(jù)并保存。車輛自重10t，管道內(nèi)壓1MPa，車輛碾壓時管道應(yīng)變數(shù)據(jù)如圖2，管道應(yīng)變數(shù)據(jù)出現(xiàn)2次波峰，分別代表車輛前輪和車輛后輪行駛到管道上方時管道應(yīng)變增大。車輛*全經(jīng)過管道后，管道應(yīng)變恢復(fù)到原狀。

圖2 車輛碾壓管道應(yīng)變數(shù)據(jù)

結(jié)論

以上實驗證明動態(tài)應(yīng)變儀可以實現(xiàn)管道充壓過程和車輛碾壓過程中管道應(yīng)變信號的采集、上傳，并能在終端客戶端實時顯示管道應(yīng)變狀態(tài)。