一种模拟内衬管屈曲失效的试验装置及方法

摘要

本发明提供一种模拟内衬管屈曲失效的试验装置及方法。该试验装置包括加压泵、固定套筒和工业相机，所述固定套筒两端分别设有一连接法兰，待测试的内衬管位于固定套筒内，并被两连接法兰夹紧固定，固定套筒和管外壁之间设有一加压水袋，加压水袋与加压泵连接，所述内衬管内壁设有贴有多个应变片和多个标记块，应变片用于感测内衬管应力，工业相机用于记录标记块位移以计算出内衬管的应变大小。本发明的试验装置及方法能对于不同尺寸的内衬管进行屈曲失效的试验，通用性强，且试验装置的各个部件相互独立，易于拆卸与安装，维护成本低，运输方便。

说明书

技术领域

本发明涉及屈服形变测试装置技术领域，尤其涉及一种模拟内衬管屈曲失效的试验装置及方法。

背景技术

城市地下管网是城市基础设施综合系统中不可缺少的部分，在保障城市功能正常运行中作为生命线起到极其重要的作用。当管道发生破坏、变形、不均匀沉降等情况需要进行修复时，盲目进行开挖修复可能会对其他地下管线或周围建筑造成破坏。非开挖修复技术修复地下管道的原理是将内衬安装到既有破损管道内部进行修复，使得内衬管与既有管道形成复合管道结构，修复后共同承受管道内外荷载，有效延长管道的使用寿命。在采用内衬进行管道半结构性修复时，为方便运输以及安装，内衬管往往采用柔性材料。在内外荷载的作用下柔性内衬管易发生屈曲失效，为保证修复后复合管道的稳定性，需研究柔性内衬管在屈曲失效过程中均布荷载与屈曲变形之间的关系。

目前，内衬管受均布外荷载的试验装置多采用直接注水加压的方式对内衬管进行施加载荷，这种试验装置存在通用性较差、安装及拆卸内衬管困难、难以保证试验装置的密封性、试验装置设计不合理等缺陷。

发明内容

为降低内衬管屈曲失效的试验装置的操作难度，提高该试验的可操作性和准确性，本发明提供一种模拟内衬管屈曲失效的试验装置，包括加压泵、固定套筒和工业相机，所述固定套筒两端分别连接有一连接法兰，待测试的内衬管位于固定套筒内，且所述内衬管两端被两连接法兰夹紧于固定，所述固定套筒内壁和内衬管外壁之间设有一加压水袋，所述加压水袋与所述加压泵通过高压水管连接，所述内衬管与所述固定套筒同轴设置，所述内衬管内壁设有贴有多个应变片和多个标记块，所述应变片用于感测内衬管承受到的载荷大小，所述工业相机用于记录所述标记块的位置变化从而计算出内衬管的形变大小。

进一步地，所述固定套筒上设有一注水孔和一排水孔，所述加压水袋上设有一注水口和一排水口，所述注水口和排水口分别穿过所述注水孔和排水孔延伸出所述固定套筒外。

进一步地，所述固定套筒内壁设有多个限位挡块，所述限位挡块用于使所述内衬管保持同轴状态。

进一步地，所述固定套筒内壁两端分别设有一固定环，两所述固定环均通过锁紧螺栓锁紧于固定套筒内壁上，且两所述固定环分别将所述加压水袋的两端固定于所述固定套筒内壁。

进一步地，还包括一显示终端，所有应变片均与一数据采集器电性连接，所述数据采集器和所述工业相机均与所述显示终端电性连接，所述显示终端用于实时显示内衬管的应力于形变的大小。

进一步地，两所述连接法兰的其中一个连接法兰上设有一避位孔。

进一步地，所述加压水袋的注水口和排水口内壁均设有连接螺纹，高压水管的端部通过螺纹连接的方式连接于所述注水口上

本发明还提供上述模拟内衬管屈曲失效的试验装置的试验方法，该方法包括如下步骤：

S1：向加压水袋内入常压的水，并排出加压水袋内的空气；

S2：将高压水管连接到加压水袋的注水口上，启动加压泵缓慢均匀地向加压水袋中注入高压的水。

S3：在启动加压的同时启动数据采集采集器和工业相机，并打开显示终端，显示终端实时显示并记录内衬管在加压泵在注水过程中内衬管的应力和应变大小。

S4：当加压泵加压到预定测试极限载荷或内衬管发生屈曲失效破坏时关闭加压泵，试验完成。

本发明相比其他模拟内衬管屈曲失效的试验装置，具有以下优势：

(1)该试验装置采用水袋高压注水的方式模拟均布荷载，相比于传统的直接注水后对法兰盖板与钢套筒接缝处使用止水密封胶的方式，本试验装置提升了密封性，并在准备试验时省略对法兰盖板与钢套筒的连接处的密封处理。

(2)该试验装置模拟均布荷载的高压水不与试验设备直接接触，减少试验设备中钢部件与水接触后产生的腐蚀损坏，延长试验设备的使用寿命，降低维护的难度与成本。

(3)该试验装置相比其他模拟内衬管屈曲失效的试验装置，可在保证试验装置的密封性的情况下，独立安装拆卸试验装置中各个零部件，便于试验装置的运输以及方便更换损坏的零部件。

(4)该试验装置通过钢套筒内的限位挡块固定内衬管，相比于将内衬管直接固定在两端法兰盖板上，可以避免内衬管两端固定约束对屈曲变形的影响，从而扩大试验内衬管长度设计范围，同时，通过更换限位挡块以安装不同直径的内衬管，提高了试验装置对内衬管尺寸的通用性。

(5)在钢套筒留有预制孔的法兰盖板一端设置工业相机，通过安装在内衬管选定截面处的标记块监测管道的屈曲变形过程，相比于只设置应变片监测，工业相机可测量在加载过程中内衬管选定截面各个标记块的位移大小，根据位移数据可得到加载过程中时间与内衬管选定截面处的变形位移之间的关系，将内衬管从初始状态直至屈曲失效的动态过程展示出来。

附图说明

图1是本发明实施例的一种模拟内衬管屈曲失效的试验装置整体结构图。

图2是本发明实施例的一种模拟内衬管屈曲失效的试验装置中的连接法兰6的安装结构图。

图3是本发明实施例的一种模拟内衬管屈曲失效的试验装置中限位挡块21的安装结构图。

图4是本发明实施例的一种模拟内衬管屈曲失效的试验装置中的固定环5的安装结构图。

图中：1-加压泵，2-固定套筒，21-限位挡块，3-内衬管，4-加压水,41-注水口，42-排水口，5-固定环，6-连接法兰，61-避位孔，7-连接螺栓，71-锁紧螺栓，8-应变片，81-第一连接线，9-数据采集器，91-第二连接线，10-标记块，11-三脚架，12-工业相机，121-第三连接线，13-显示终端，14-高压水管。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

请参考图1和图2，一种模拟内衬管屈曲失效的试验装置包括加压泵1、固定套筒2、数据采集器9、工业相机12、以及显示终端13。

所述固定套筒2为刚性材质的中空圆管体，本实施中，固定套筒2为钢材质，固定套筒2两端分别连接有一连接法兰6，两连接法兰6分别通过多个连接螺栓7以可拆卸的方式固定于固定套筒2两端，且其中一连接法兰6中部设有一避位孔61，待测试的内衬管3位于固定套筒2内，且和固定套筒2同轴设置，内衬管3直径小于固定套筒2直径，内衬管3测试时，两连接法兰6从两端将内衬管3夹紧于固定套筒2内。

所述固定套筒2内壁和内衬管3外壁之间构成一圆筒状的间隙，该圆筒状的间隙设有一圆筒状的加压水袋4，加压水袋4两端被输定于固定套筒2的内壁，固定套筒2中部还设有一注水孔和一排水孔，加压水袋4上设有一注水口41和一排水口42，注水口41和排水口42分别穿过注水孔和排水孔而露出固定套筒2外，所述加压泵1上设有一高压水管14，高压水管14连接于注水口41上，加压泵1上自带有水箱，加压泵1用于将其水箱中的水加压后通过高压水管14输入至加压水袋4中，从而通过加压水袋4中的高压水向内衬管3外壁均匀施加测试均匀的载荷。

所述内衬管3内壁设有贴有多个应变片8和多个标记块10，其中每一应变片通过一第一连接线81电性连接于所述数据采集器9上，所述数据采集器9通过第二连接线91与所述显示终端13电性连接，所述应变片8用于感测内衬管3受到的荷载大小，所述工业相机12通过三角架11固定，且所述工业相机12正对所有标记块10，所述工业相机12用于透过连接法兰6上的避位孔61实时拍摄标记块10的为位置，并根据标记块10的位移计算出内衬管3在测试过程中的形变的大小，所述工业相机12通过第三导线121与所述显示终端电性连接，所述显示终端13用于动态显示内衬管3在测试过程中应力与形变的大小，并记录整个实验过程中内衬管3应力与形变的数据。

进一步地，所述固定套筒2内壁固定有多个限位挡块21，所有限位挡块21共同包围所述内衬管3并对其进行限位，所述限位挡块21用于保证内衬管3与所述固定套筒2处于同轴状态，从而使加压水袋4对内衬管3外壁施加的载荷保持均匀，对应不同尺寸的内衬管3，可选用不同规格的限位挡块21。

进一步地，所述固定套筒3内壁两端分别设有一固定环5，两所述固定环5均通过锁紧螺栓71锁紧于固定套筒1内壁上，且两所述固定环5分别将所述加压水袋的两端固定于所述固定套筒2内壁。

进一步地，所述加压水袋的注水口41和排水口42内壁均设有连接螺纹，高压水管14的端部设有与注水口41上的连接螺纹相匹配的连接螺纹，从而便于高压水管14与注水口41的密封连接，所述加压水袋4的排水口42上还设有一封堵盖，所述封堵盖用于在内衬管的测试过程中密封该排水口32，并在测试完成后排出加压水袋4中的水。

本发明的一种模拟内衬管屈曲失效的试验装置的试验方法具体包括如下步骤：

S1：将堵塞盖盖于加压水袋的排水口42上，使排水口42封闭；通过加压水袋4的注水口41向加压水袋4中注满常压的水，使加压水袋4中空气排空；

S2：将高压水管14连接到注水口41，启动加压泵1缓慢均匀地向加压水袋4中注水。

S3：在加压泵1启动的同时启动数据采集器9和工业相机12，显示终端13实时显示并记录内衬管3在的应力和应变大小。

S4：当加压泵1加压达到预先设置的极限测试载荷或内衬管3发生屈曲失效破坏时加压泵1停止工作，试验完成。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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。