一种柔性管线接头抗拉刚度的测试装置及方法

1.本发明涉及管线测试技术领域，具体是一种柔性管线接头抗拉刚度的测试装置及方法。


背景技术：

2.我国经济的不断发展，城市化进程不断加快。随着城市经济及人民生活水平不断提高，社会对于各种资源的需求也日益增加。其中地下管道已经成为了城市建设的基础工程，广泛应用于社会生产和生活的方方面面，有效的节约了城市地面资源，缓解了城市交通压力。另一方面，城市生活污水、工业废水、大气降水、雪水径流和其他弃水的收集、输送和排放都需要排水管网，是现代化城市不可缺少的重要设施，被誉为保证现代城市正常运转的“生命线”。近些年来，我国城镇化进程不断加快，地下排水管道的扩建和改造工程也在不断增加。自2014年始，我国城市排水管道长度逐年增加。截止2019 年，我国城市排水管道长度为73.7万公里，相比2018年增长了7.91％。但是与发达国家相比，我国人均管道占有水平仍然较低，未来随着我国在地下排水管道方面的不断建设，我国城市排水管道的长度也将不断增长。
3.随着城市化进程的不断加快，地下管道系统越来越发达，在管道建设中遇到外部条件也更加复杂。由于城市排水管道工程具有相对隐蔽性的特点，且地下环境复杂，在管道施工和使用过程中容易受到周围各种化学物质腐蚀，因此其破坏具有不易察觉的特点。据统计，我国城市现在运行的排水管网中，70％以上的管道均是早80年代左右铺设的，由于早期管道铺设技术并不成熟，加之长时间的运行，导致排水管道极易出现失效破坏，造成严重的生命财产安全。
4.因此展有关承插式接头力学特性的室内试验，探究柔性管线接头的力学性能和破坏机理，分析出相应的力学规律，并将其应用到柔性管线的结构设计和运营维护中具有十分重要的意义，为此，我们提出一种柔性管线接头抗拉刚度的测试装置及方法。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种柔性管线接头抗拉刚度的测试装置及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种柔性管线接头抗拉刚度的测试装置，包括第一固定支撑侧架、第一承插式承插式管道、第二承插式承插式管道和第二固定支撑侧架，所述第二承插式承插式管道的一端与第二固定支撑侧架的一侧固定连接，所述第一承插式承插式管道的一端插入至第二承插式承插式管道的另一端内侧，所述第一承插式承插式管道与第二承插式承插式管道的连接处设置有止水胶圈，所述第二承插式承插式管道的底部设置有两个第一垫块，所述第二承插式承插式管道的底部设置有第二垫块，所述第一承插式承插式管道的另一端固定连接有连接板，所述连接板的外部设置有钢筋计，所述钢筋计的一端与连接板的一侧中心处固
定连接，所述第一承插式承插式管道上对称设置两个固定机构，所述钢筋计与第一固定支撑侧架之间设置有动力装置，所述动力装置包括连接横杆、内螺纹套和螺纹杆，所述连接横杆的一端与钢筋计的另一端固定连接，所述连接横杆的另一端与内螺纹套的一端转动连接，所述螺纹杆螺纹套接于内螺纹套的内侧，所述螺纹杆的一端伸出至内螺纹套外后与第一固定支撑侧架的一侧固定连接，所述第一承插式承插式管道的外侧对称设置有两个千分表，所述千分表的一端固定连接有固定块，所述固定块固定连接于第一承插式承插式管道的外侧，所述千分表的另一端与第二承插式承插式管道的另一端固定连接。
8.作为本发明进一步的方案：所述固定机构包括夹紧机构、铁板和滚轴，所述铁板设置于第一承插式承插式管道的下方，所述滚轴位于铁板底部等距离设置有若干个，所述夹紧机构位于铁板顶部对称设置有两个，所述夹紧机构包括弧形钢筋、螺纹帽和弧形钢板，所述弧形钢板固定焊接于铁板顶部，所述弧形钢筋设置于弧形钢板的上方，所述弧形钢板的两侧均纵向贯穿开设有用于弧形钢筋两端穿过的穿孔，所述螺纹帽设置有两个，所述弧形钢筋的两端穿过对应的穿孔后与对应的螺纹帽螺纹套接。
9.作为本发明再进一步的方案：所述第一垫块和第二垫块均与第二承插式承插式管道的尺寸相契合。
10.作为本发明再进一步的方案：所述第一承插式承插式管道和第二承插式承插式管道均为承插式钢筋承插式管道。
11.作为本发明再进一步的方案：所述第一承插式承插式管道和第二承插式承插式管道的规格相同。
12.一种柔性管线接头抗拉刚度的测试方法，其方法步骤如下：
13.s1：对待试验器材进行安装；
14.s2：进行管线抗拉刚度的测试。
15.所述s1中，通过第一垫块和第二垫块对第二承插式承插式管道进行承托支撑，通过操作固定机构，将弧形钢筋和弧形钢板套设在第一承插式承插式管道的外侧，并在弧形钢筋和弧形钢板之间垫上密封垫，通过将弧形钢筋的两端穿过弧形钢板上的两个穿孔后，再通过螺纹帽与弧形钢筋的两端螺纹套接，从而使弧形钢筋和弧形钢板夹紧固定在第一承插式承插式管道的外侧，并且通过滚轴的设置，从而达到在轴向拉伸试验中降低摩擦阻力的效果，装置下部分与铁板焊接，通过铁板的设置为滚轴的滚动提供合适的接触面，并将动力装置、钢筋计和千分表对应安装好，并且使第一承插式承插式管道和第二承插式承插式管道的插入深度符合国家标准要求，保障试验结果的准确性，并通过激光水准仪进行监测，时刻保持试验装置不会发生弯折，各部位连接均在一条轴线上，将待试验器材全部安装完毕。
16.所述s2中，在进行抗拉刚度测试时，通过动力装置的设置，保证了在试验中提供稳定可控的拉力，通过工具转动内螺纹套，在内螺纹套与螺纹杆的螺纹配合下，内螺纹套带动连接横杆拉动钢筋计，通过钢筋计测量在试验中加载的拉力数值，钢筋计在测试的过程中拉动连接板使第一承插式承插式管道产生位移，通过千分表对第一承插式承插式管道与第二承插式承插式管道之间产生的位移进行测量，在第一承插式承插式管道与第二承插式承插式管道接口处注入清水，拉力的加载通过动力装置进行控制，内螺纹套每拧半圈记录一次钢筋计度数，加载至观察到接口内部止水胶圈露出时结束。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
18.1、通过动力装置的设置，保证了在试验中提供稳定可控的拉力，通过钢筋计测量在试验中加载的拉力数值，通过千分表对第一承插式承插式管道与第二承插式承插式管道之间产生的位移进行测量，通过操作固定机构，将弧形钢筋和弧形钢板套设在第一承插式承插式管道的外侧，通过将弧形钢筋的两端穿过弧形钢板上的两个穿孔后，再通过螺纹帽与弧形钢筋的两端螺纹套接，从而使弧形钢筋和弧形钢板夹紧固定在第一承插式承插式管道的外侧，并且通过滚轴的设置，从而达到在轴向拉伸试验中降低摩擦阻力的效果，装置下部分与铁板焊接，通过铁板的设置为滚轴的滚动提供合适的接触面，本发明整体结构简单，通过简单的结构达到探究管道发生泄露时接口的受损形态和特征，对试验结果进行处理，得到管口拉拔历程中的力-位移曲线及管道首次发生泄露时位移和轴向力，进而计算出柔性管线接头的抗拉刚度；通过探究承插式管道的力学性能和破坏机理，分析出相应的接头受力变形规律，并将其应用到承插式管道的结构设计和施工建设中，延长管道使用寿命，对于降低地下管道的运营成本、降低施工风险都具有十分重要的意义。
附图说明
19.图1为柔性管线接头抗拉刚度的测试装置的结构示意图。
20.图2为柔性管线接头抗拉刚度的测试装置中固定机构处的结构示意图。
21.图3为柔性管线接头抗拉刚度的测试装置中动力装置处的剖视图。
22.图4为柔性管线接头抗拉刚度的测试装置中的局部立体图。
23.图5为柔性管线接头抗拉刚度的测试装置中固定机构处的立体图。
24.图6为柔性管线接头抗拉刚度的测试装置中第一垫块和第二垫块的立体图。
25.图7为柔性管线接头抗拉刚度的测试方法中的流程图。
26.图中所示：第一固定支撑侧架1、动力装置2、连接横杆201、内螺纹套202、螺纹杆203、钢筋计3、连接板4、固定机构5、夹紧机构501、弧形钢筋5011、螺纹帽5012、弧形钢板5013、铁板502、滚轴503、第一承插式承插式管道6、固定块7、千分表8、第二承插式承插式管道9、第二固定支撑侧架10、第一垫块11、第二垫块12。
具体实施方式
27.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.请参阅图1～7，本发明实施例中，一种柔性管线接头抗拉刚度的测试装置，包括第一固定支撑侧架1、第一承插式承插式管道6、第二承插式承插式管道9和第二固定支撑侧架10，所述第二承插式承插式管道9的一端与第二固定支撑侧架10的一侧固定连接，所述第一承插式承插式管道6的一端插入至第二承插式承插式管道9的另一端内侧，所述第一承插式承插式管道6与第二承插式承插式管道9的连接处设置有止水胶圈，所述第二承插式承插式管道9的底部设置有两个第一垫块11，所述第二承插式承插式管道9的底部设置有第二垫块12，所述第一承插式承插式管道6的另一端固定连接有连接板4，所述连接板4的外部设置有
钢筋计3，所述钢筋计3的一端与连接板4的一侧中心处固定连接，所述第一承插式承插式管道6上对称设置两个固定机构5，所述钢筋计3与第一固定支撑侧架1之间设置有动力装置2，所述动力装置2包括连接横杆201、内螺纹套202和螺纹杆 203，所述连接横杆201的一端与钢筋计3的另一端固定连接，所述连接横杆201的另一端与内螺纹套202的一端转动连接，所述螺纹杆203螺纹套接于内螺纹套202的内侧，所述螺纹杆203的一端伸出至内螺纹套202外后与第一固定支撑侧架1的一侧固定连接，所述第一承插式承插式管道6的外侧对称设置有两个千分表8，所述千分表8的一端固定连接有固定块7，所述固定块7固定连接于第一承插式承插式管道6的外侧，所述千分表8 的另一端与第二承插式承插式管道9的另一端固定连接。
29.所述固定机构5包括夹紧机构501、铁板502和滚轴503，所述铁板502设置于第一承插式承插式管道6的下方，所述滚轴503位于铁板502底部等距离设置有若干个，所述夹紧机构501位于铁板502顶部对称设置有两个，所述夹紧机构501包括弧形钢筋5011、螺纹帽5012和弧形钢板5013，所述弧形钢板5013固定焊接于铁板502顶部，所述弧形钢筋5011设置于弧形钢板5013的上方，所述弧形钢板5013的两侧均纵向贯穿开设有用于弧形钢筋5011两端穿过的穿孔，所述螺纹帽5012设置有两个，所述弧形钢筋5011的两端穿过对应的穿孔后与对应的螺纹帽5012螺纹套接。
30.所述弧形钢筋5011和弧形钢板5013与第一承插式承插式管道6接触处设置有橡胶垫片。
31.所述第一垫块11和第二垫块12均与第二承插式承插式管道9的尺寸相契合。
32.所述第一承插式承插式管道6和第二承插式承插式管道9均为承插式钢筋承插式管道。
33.所述第一承插式承插式管道6和第二承插式承插式管道9的规格相同。
34.所述弧形钢板5013的刚度较小，具有一定的弹性，在一定范围内可随外力改变形状。
35.一种柔性管线接头抗拉刚度的测试方法，其方法步骤如下：
36.所述s1中，将各部件按照图1-3的方式进行安装，通过第一垫块11和第二垫块12 对第二承插式承插式管道9进行承托支撑，通过操作固定机构5，将弧形钢筋5011和弧形钢板5013套设在第一承插式承插式管道6的外侧，并在弧形钢筋5011和弧形钢板5013 之间垫上密封垫，通过将弧形钢筋5011的两端穿过弧形钢板5013上的两个穿孔后，再通过螺纹帽5012与弧形钢筋5011的两端螺纹套接，从而使弧形钢筋5011和弧形钢板5013 夹紧固定在第一承插式承插式管道6的外侧，并且通过滚轴503的设置，从而达到在轴向拉伸试验中降低摩擦阻力的效果，装置下部分与铁板焊接，通过铁板502的设置为滚轴503 的滚动提供合适的接触面，并将动力装置2、钢筋计3和千分表8对应安装好，并且使第一承插式承插式管道6和第二承插式承插式管道9的插入深度符合国家标准要求，保障试验结果的准确性，并通过激光水准仪进行监测，时刻保持试验装置不会发生弯折，各部位连接均在一条轴线上，将待试验器材全部安装完毕。
37.所述s2中，在进行抗拉刚度测试时，通过动力装置2的设置，保证了在试验中提供稳定可控的拉力，通过工具转动内螺纹套202，在内螺纹套202与螺纹杆203的螺纹配合下，内螺纹套202带动连接横杆201拉动钢筋计3，通过钢筋计3测量在试验中加载的拉力数值，
钢筋计3在测试的过程中拉动连接板4使第一承插式承插式管道6产生位移，通过千分表8对第一承插式承插式管道6与第二承插式承插式管道9之间产生的位移进行测量，第一承插式承插式管道6与第二承插式承插式管道9接口处的拉拔力主要由接口处的止水胶圈和管壁之间的摩擦力以及止水胶圈自身抵抗剪切变形的力共同得来的，在试验初期，止水胶圈和管壁之间的的摩擦力为静摩擦力，在轴向拉拔力超过胶圈和管壁之间的最大静摩擦力之后，管壁和止水胶圈之间的摩擦力转化为滑动摩擦力，在第一承插式承插式管道6与第二承插式承插式管道9接口处注入清水，拉力的加载通过动力装置2进行控制，内螺纹套202每拧半圈记录一次钢筋计3度数，加载至观察到接口内部止水胶圈露出时结束(加载至接口拔出50mm(即渗漏位移)结束/加载至插管和承管完全脱离，通过观察管道接口的拉拔力-位移曲线，寻找轴向拉力迅速下降的位移点为渗漏位移)；
38.s3：柔性管线接头轴向抗拉刚度求解；
39.通过钢筋接外接的频率读数仪测出在试验加载中的拉力数值f，通过两个千分表测出管道之间的位移s1、s2，s1、s2数值应当相等或相差较小，若数值相差较大应当更换胶圈调整器材后重新进行试验，两管道之间的位移s取s1、s2的平均值。
40.每组试验重复三次，每组试验加载完成后，重新更换密封胶圈，保证每次试验条件、加载方式一致。试验完成后对试验数据进行处理，数据取三次试验结果的平均值。利用数据拟合对试验数据进行进一步处理，将非线性关系简化为多段线性方程，根据分阶段求解出接头的抗拉刚度。
41.内螺纹套202每拧半圈记录一次钢筋计3数值和千分表8的数值，加载至观察到第一承插式承插式管道6和第二承插式承插式管道9接口内部的止水胶圈露出时结束，探究管道发生泄露时接口的受损形态和特征，对试验结果进行处理，得到管口拉拔历程中的力
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位移曲线及管道首次发生泄露时位移和轴向力，进一步研究在管道接口在发生泄漏时的力学特性及失效机理。
42.在试验时分别通过对管径为150mm、200mm、300mm的承插式承插式管道dn150、dn200、 dn300进行单轴拉伸试验，探究管道发生泄露时接口的受损形态和特征，对试验结果进行处理，得到管口拉拔历程中的力-位移曲线及管道首次发生泄露时位移和轴向力，进一步研究在管道接口在发生泄漏时的力学特性及失效机理。
43.尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。