埋地刚性压力管道的内水压和外荷载联合加荷试验设备及试验方法

摘要

本发明涉及埋地刚性压力管道的内水压和外荷载联合加荷试验设备及试验方法。所述试验设备包括外载荷试验机和内水压试验机，其特征在于：还包括两节连接管；所述内水压试验机水平放置在外载荷试验机的试验空间内，内水压试验机上用于装在目标试验管内的水压试验机内胆进行加长；所述的两节连接管分别用于连接在目标试验管两端，两节连接管的另一端分别用于连接内水压试验机的两端接口。所述试验方法是先将两节连接管连接在目标试验管的两端，然后共同套装在内水压试验机的水压试验机内胆上并连接密封，再放在外载荷试验机的试验空间内，目标试验管保持水平放置，同时进行内水压和外荷载联合加载试验。本发明操作简单，试验结果直观真实。

说明书

技术领域

本发明涉及一种埋地刚性压力管道的内水压和外荷载联合加荷试验设备及试验方法，属于管道承载能力试验技术领域。

背景技术

埋地压力管道在正常工作情况下一般需承受管道上部土壤的土荷载、地面上的车辆人群荷载等外荷载，以及管道内部的内水压力。管道设计制造完成后，为了检验其承受内水压和外荷载的性能，需要进行结构性能试验。

目前业界对埋地压力管道的结构性能试验一般采用抗裂内水压试验或抗裂外荷载试验（GB/T16752《混凝土和钢筋混凝土排水管试验方法》、GB/T15345《混凝土输水管试验方法》）。做抗裂内水压试验时需要通过换算、把管道应承受的外荷载折算成内水压力，加上管道本应承受的内水压力，用两者之和对管道进行抗裂内水压试验；做抗裂外荷载试验时同样需要通过换算、把管道应承受的内水压力折算成外荷载，加上管道本应承受的外荷载，用两者之和对管道进行抗裂外荷载试验。

内水压和外荷载互相折算的原理是使混凝土受拉或受压边缘产生相等的应力，此时的内水压和外荷载的作用效应是相同的，因此可以相互转换。在缺乏相应的试验手段的情况下，经换算的抗裂内水压试验或抗裂外荷载试验其结果也是可以被接受的，但必须认识到这样的试验并不完全符合管道在埋地、正常通水状态下的实际情况。内水压力（不等于0时）对管道的作用效应在任何截面都是全断面受拉，外荷载对管道的作用效应是管顶管底近似纯弯、管侧大偏心受压。因此，管道的实际受力状况是管顶管底轴心受拉叠加纯弯、管侧轴心受拉叠加大偏心受压，而目前业界通常的试验方法无法做到叠加的效果，尽管受拉或受压边缘能模拟出管道实际运行时的应力应变，但是管道实际运行时的沿管壁径向的应力应变梯度却是无法模拟出来，特别是对于有一定厚度的复合结构的管道，特定位置的某种材料在管道实际运行的应力应变情况对管道安全运行是很重要的，但目前的试验方法无法模拟出来。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种埋地刚性压力管道的内水压和外荷载联合加荷试验设备及试验方法，其操作简单，试验结果直观真实。

按照本发明提供的技术方案：埋地刚性压力管道的内水压和外荷载联合加荷试验设备，包括外载荷试验机和内水压试验机，其特征在于：还包括两节连接管；所述内水压试验机水平放置在外载荷试验机的试验空间内，内水压试验机上用于装在目标试验管内的水压试验机内胆进行加长；所述的两节连接管分别用于连接在目标试验管两端，两节连接管的另一端分别用于连接内水压试验机的两端接口。

作为本发明的进一步改进，所述外载荷试验机包括上承压梁、加荷油缸、加荷梁、拉杆和下承压梁，上承压梁与下承压梁之间通过拉杆连接，所述加荷油缸一端连接在上承压梁上，另一端向下连接加荷梁。

作为本发明的进一步改进，所述连接管两端的接口与目标试验管两端的接口相同，连接管为承插式柔性接口钢管。

埋地刚性压力管道的内水压和外荷载联合加荷试验方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）、采用水压试验机内胆加长的内水压试验机，将两节连接管连接在目标试验管的两端，所述连接管采用承插式柔性接口钢管；

（2）、将连接好的目标试验管和两节连接管共同套装在内水压试验机的水压试验机内胆上，两节连接管的另一端分别连接内水压试验机的两端接口；

（3）、采用外载荷试验机，将装好目标试验管的内水压试验机放在外载荷试验机的试验空间内，内水压试验机和目标试验管保持水平放置；

（4）、同时启动外载荷试验机和内水压试验机，进行内水压和外荷载联合加载试验。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：本发明操作简单，克服了现有试验方法只能单独进行抗裂内水压试验或抗裂外荷载试验的缺陷，把两种试验有机结合起来，实现内水压试验和外荷载试验同时进行，能够直观地检测埋地压力管道在受内水压和外荷载的共同作用下的性能，真实模拟埋地压力管道实际通水运行时管壁径向各位置的应力应变情况，无需再进行内水压或外荷载的折算，适用于埋地压力管道结构设计理论和生产质量的复核验证，成为联系理论和实践的桥梁。

附图说明

图1为本发明实施例的结构及应用示意图。

图2为目标试验管与两节连接管的组装情况示意图。

图3本发明实施例水压试验机内胆加长的内水压试验机的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图所示：实施例中的埋地刚性压力管道的内水压和外荷载联合加荷试验设备主要由外载荷试验机1、内水压试验机2和两节连接管3组成。

如图1~图3所示，所述内水压试验机2水平放置在外载荷试验机1的试验空间内，内水压试验机2上用于装在目标试验管4内的水压试验机内胆2a进行加长；所述的两节连接管3分别用于连接在目标试验管4两端，两节连接管3的另一端分别用于连接内水压试验机2的两端接口。

如图1所示，本发明实施例中，所述外载荷试验机1主要由上承压梁1.1、加荷油缸1.2、加荷梁1.3、拉杆1.4和下承压梁1.5组成，上承压梁1.1与下承压梁1.5之间通过拉杆1.4连接，所述加荷油缸1.2一端连接在上承压梁1.1上，另一端向下连接加荷梁1.3。

如图1、图2所示，本发明实施例中，所述连接管3两端的接口与目标试验管4两端的接口相同，连接管3为承插式柔性接口钢管。

所述埋地刚性压力管道的内水压和外荷载联合加荷试验方法包括如下步骤：

（1）、采用水压试验机内胆2a加长的内水压试验机2，按图2所示将两节连接管3连接在目标试验管4的两端，所述连接管3采用承插式柔性接口钢管；

（2）、再按图1所示将连接好的目标试验管4和两节连接管3共同套装在内水压试验机2的水压试验机内胆2a上，两节连接管3的另一端分别连接内水压试验机2的两端接口；

（3）、采用外载荷试验机1，再按图1所示将装好目标试验管4的内水压试验机2放在外载荷试验机1的试验空间内，内水压试验机2和目标试验管4保持水平放置；

（4）、同时启动外载荷试验机1和内水压试验机2，进行内水压和外荷载联合加载试验。

本发明通过对内水压试验机2的水压试验机内胆2a进行加长，使内水压试验机2具有同时试验目标试验管4和连接管3相加的能力。本发明中的连接管3采用的是承插式柔性接口钢管，由于钢管是一种环向强度较高、刚度较低的压力管材，本发明巧妙利用了钢管这一特点，与相对刚性较大的目标试验管4组合起来，在进行内水压和外荷载联合试验时，通过钢管传递水压力，使目标试验管4环向全断面受拉，模拟了埋地压力管受内水压作用的效应；同时，在外荷载试验机加荷梁1.3的作用下，目标试验管4产生与埋地状态相同的管顶管底纯弯、管侧大偏心受压的效应，此时钢管由于环向刚度较低，其抵抗外荷载的贡献可以忽略不计，而由于钢管的接口和目标试验管4的接口相同，均为承插式柔性接口，目标试验管4在进行外荷载试验时在受力方向会出现一定量的变形，承插式柔性接口能在目标试验管4有一定变形量的情况下仍然保持密封。