一种用于加载等效线性弹簧的管道连接装置

1.本发明属于岩土工程试验连接装置，并且更具体地，属于一种管道试验试件轴向弹簧连接装置。


背景技术：

2.管道是运输石油、天然气和水的便捷方式之一。这些通过管道输送的商品对一个国家的工业和经济运行是必不可少的。因此，管道通常被称为“生命线”，因为它们在工业、社会和经济中发挥着重要作用。更重要的是，即使在地震等自然灾害发生后，它们也必须始终保持运作。管道是一个在地表广泛分布的系统，通常处于纵横交错的大陆板块之间的地震断层。出于经济、美观、环境和安全的考虑，它们通常被埋在地下。由于它们埋在地下，由各种各样的土体支撑，在工程设计时需要考虑与地震相关的影响。
3.在地震频发地区，管道经常遭受地震灾害，如断层、滑坡和液化影响等影响。过去的地震相关损害清晰地表明了管道对地面永久变形的脆弱性，例如，管道破坏包括局部屈曲、拉伸破坏和截面椭圆化。因此可将其作为研究对象开展试验，而在本研究领域对于跨断层连续管道的研究相对较少，本发明更多是针对跨断层连续管道试验的弹簧连接件。由于选取的试验模型箱都有其尺寸限制要求，而实际工程中的管道要远远大于所选模型的长度，考虑到远离断层处管道发生的轴向应变的影响，为了避免边界效应，准确模拟实际现场条件，可以在管道两端加入等效线性弹簧来模拟比固定边界更真实的管端条件。现设计了一套试验装置以模拟断层远端轴向管-土相互作用，可提供管道端部的轴向摩擦力，利用该装置做管道跨断层试验对我国供水管道抗震设计等研究提供基础数据。


技术实现要素：

4.针对以上现有需求，本发明目的在于提出一种针对考虑边界效应的管道在进行跨断层试验的连接装置，该装置安装方便，适用范围较广，功能较为完善。
5.本发明提供了一种可对管道在进行跨断层试验时的弹簧连接装置，其特征在于，包括：方型钢管垫板(1)、第一螺栓(2)、第二螺栓(3)、方型弹簧垫板(4)、可拆卸弹簧(5)、圆型弹簧垫板(6)、第三螺栓(7)。方型钢管垫板(1)和钢管端部外边缘通过焊缝进行连接，方型钢管垫板(1)和第三螺栓(7)外表面通过焊缝连接，方型弹簧垫板(4)和模型箱通过第一螺栓(2)进行连接，方型弹簧垫板(4)和圆型弹簧垫板(6)通过第二螺栓(3)和第三螺栓(7)进行连接，可拆卸弹簧(5)固定在第二螺栓(3)和第三螺栓(7)上，其处于方型弹簧垫板(4)和圆型弹簧垫板(6)之间。
6.所述方型钢管垫板(1)与第三螺栓(7)通过焊接方式连接，在钢管发生轴向应变时，方型钢管垫板(1)使得钢管带动第三螺栓(7)一起产生位移，从而使弹簧产生对管道的轴向拉应力。
7.所述方型弹簧垫板(4)在其中心处开有圆形洞，其洞口可做平滑处理，而其洞口内表面与钢管不做任何连接。
8.所述圆型弹簧垫板(6)在其中心处开有圆形洞，其直径大小与方型弹簧垫板(4)直径相同，并在沿其直径方向以径向开有四个均匀分布的圆形洞，其直径大小略大于第二螺栓(3)1～3mm，并在其内表面做平滑处理。在管道受到断层作用下发生轴向应变时，与管道焊接在一起的方型钢管垫板(1)会带动第三螺栓(7)一起产生轴向位移，并使圆型弹簧垫板(6)产生相同的轴向位移，同时弹簧会产生相应反力以阻止垫板产生位移，就达到了考虑边界弹簧影响的目的，可充分模拟管道端部的管-土相互作用。模型箱与此管道连接件通过第一螺栓(2)连接，可以提供足够的竖向支撑力，满足试验使用要求。
9.本发明为新型弹簧-管道连接件，其适用管道直径为50～400mm。与现有技术相比，本发明的新型弹簧-管道连接件具有以下有益效果是：
10.1.管道连接件固定在模型箱外侧，可以在模型箱在发生错动时，土体中的连续管道会发生横向弯曲，以模拟管道错动时土体与管道之间的摩擦力，并通过计算得到的等效边界力会起到持续提供侧向分力的效果。
11.2.本管道-弹簧连接装置均为可拆卸连接，安装在模型箱外侧，现场安装方便，后期试验中方便更换不同管径的管道，同时性能稳定，安全系数高，具有足够的侧向支撑，不占用地锚的安装空间。
12.3.本管道-弹簧连接装置可进行球墨铸铁管、钢管、复合材料管等不同材料管道试件的跨断层试验，适用范围较广。
附图说明
13.为更清楚地说明本发明的技术方案，下面将实施例描述中所需要的附图做简单介绍，附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：
14.图1为本发明一种可用于加载等效线性弹簧的管道连接装置应用在模型箱上的三维图。
15.图2为本发明一种可用于加载等效线性弹簧的管道连接装置的前三维图。
16.图3为本发明一种可用于加载等效线性弹簧的管道连接装置的后三维图。
17.图4为本发明一种可用于加载等效线性弹簧的管道连接装置应用在模型箱上的正立面图。
18.图5为本发明一种可用于加载等效线性弹簧的管道连接装置应用在模型箱上的侧立面图。
具体实施方式
19.为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合实施例及附图，对本发明进行进一步详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以揭示本发明，并不用于限定本发明。
20.本发明详述了一种用于加载等效线性弹簧的管道连接装置，如图1所示，该装置包括：方型钢管垫板(1)、第一螺栓(2)、第二螺栓(3)、方型弹簧垫板(4)、可拆卸弹簧(5)、圆型弹簧垫板(6)、第三螺栓(7)。安装步骤如下：
21.首先将钢管焊接在方型弹簧垫板(1)上，然后将第三螺栓(7)通过焊接方式固定在
方型弹簧垫板(1)上，其次，通过第一螺栓(2)将方型弹簧垫板(4)与模型箱紧密连接在一起，然后将第二螺栓(3)固定在方型弹簧垫板(4)上，并将可拆卸弹簧(5)依次插入到第二螺栓(3)，随后将圆型弹簧垫板(6)通过圆板上均匀分布的圆孔穿过第二螺栓(3)，并用螺帽拧紧即可。
22.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经创造性劳动想到的变化或替换，都应在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种用于加载等效线性弹簧的管道连接装置，其特征在于，包括：方型钢管垫板(1)、第一螺栓(2)、第二螺栓(3)、方型弹簧垫板(4)、可拆卸弹簧(5)、圆型弹簧垫板(6)、第三螺栓(7)；方型钢管垫板(1)和钢管端部外边缘通过焊缝进行连接，方型钢管垫板(1)和第三螺栓(7)外表面通过焊缝连接，方型弹簧垫板(4)和模型箱通过第一螺栓(2)进行连接，方型弹簧垫板(4)和圆型弹簧垫板(6)通过第二螺栓(3)和第三螺栓(7)进行连接，可拆卸弹簧(5)固定在第二螺栓(3)和第三螺栓(7)上，其处于方型弹簧垫板(4)和圆型弹簧垫板(6)之间。2.根据权利要求1所述的一种用于加载等效线性弹簧的管道连接装置，其特征在于，所述方型钢管垫板(1)与第三螺栓(7)通过焊接方式连接，在钢管发生轴向应变时，方型钢管垫板(1)使得钢管带动第三螺栓(7)一起产生位移，从而使弹簧产生对管道的轴向拉应力。3.根据权利要求1所述的一种用于加载等效线性弹簧的管道连接装置，其特征在于，所述方型弹簧垫板(4)中心处开有圆形洞，圆形洞做平滑处理，而圆形洞的内表面与钢管不做任何连接。4.根据权利要求1所述的一种用于加载等效线性弹簧的管道连接装置，其特征在于，所述圆型弹簧垫板(6)在中心处开有圆形洞，直径大小与方型弹簧垫板(4)直径相同，并在沿其直径方向以径向开有四个均匀分布的圆形洞，其直径大于第二螺栓(3)1～3mm，并在内表面做平滑处理；在管道受到断层作用下发生轴向应变时，与管道焊接在一起的方型钢管垫板(1)会带动第三螺栓(7)一起产生轴向位移，并使圆型弹簧垫板(6)产生相同的轴向位移，同时弹簧会产生相应反力以阻止垫板产生位移，就达到考虑边界弹簧影响的目的，充分模拟管道端部的管-土相互作用；模型箱与此管道连接件通过第一螺栓(2)连接提供竖向支撑力；。5.根据权利要求1所述的一种用于加载等效线性弹簧的管道连接装置，其特征在于，首先将钢管焊接在方型弹簧垫板(1)上，然后将第三螺栓(7)通过焊接方式固定在方型弹簧垫板(1)上，通过第一螺栓(2)将方型弹簧垫板(4)与模型箱紧密连接在一起，将第二螺栓(3)固定在方型弹簧垫板(4)上，并将可拆卸弹簧(5)依次插入到第二螺栓(3)，随后将圆型弹簧垫板(6)通过圆板上均匀分布的圆孔穿过第二螺栓(3)，并用螺帽拧紧。

技术总结
本发明公开了一种用于加载等效线性弹簧的管道连接装置，包括方型钢管垫板(1)、第一螺栓(2)、第二螺栓(3)、方型弹簧垫板(4)、可拆卸弹簧(5)、圆型弹簧垫板(6)、第三螺栓(7)七部分。该装置可在钢管两端提供持续的轴向力，以避免远离断层处管道产生轴向应变导致的边界效应，可充分模拟真实管道端部的管-土相互作用，并可根据试验工况要求选择不同管径钢管。该管道-弹簧连接装置可拆卸连接，施工方便简单，安全系数高，同时不占用地锚的空间，具有优秀的提供轴向应力的能力，是可用于不同管径的钢管在跨断层作用下的试验装置。钢管在跨断层作用下的试验装置。钢管在跨断层作用下的试验装置。


技术研发人员：钟紫蓝 赵鑫 韩春堂 李锦强 李广帆 冯立倩
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：2022.02.24
技术公布日：2022/5/31