隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，公路運(yùn)輸交通量、載重量不斷增加，穿越公路管段的安全運(yùn)行受到了地面車(chē)輛載荷的影響。為了檢測(cè)車(chē)輛碾壓對(duì)埋地管道的影響，我們采用了動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀對(duì)車(chē)輛碾壓下埋地管道進(jìn)行了應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試試驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)管道材質(zhì)、規(guī)格與現(xiàn)場(chǎng)管道一致，管道長(zhǎng)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(chēng)直徑為DN15，壁厚為4mm。

空氣壓縮機(jī)

使用空氣壓縮機(jī)對(duì)實(shí)驗(yàn)管道加壓，目標(biāo)公路埋地管道運(yùn)行壓力在1-1.6MPa之間，選用壓縮機(jī)提供最大壓應(yīng)力應(yīng)在1.6MPa以上，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)選用活塞式壓縮機(jī)，工作功率為7.5KW，能提供的最大壓力為3MPa，滿足了實(shí)驗(yàn)要求。

應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)

儀器采用南京聚航科技有限公司的JHDY動(dòng)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(chē)輛高速碾壓時(shí)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(chē)輛和砝碼

本次實(shí)驗(yàn)以一輛六輪三軸貨車(chē)作為車(chē)輛荷載，車(chē)輛自重10t，滿載總質(zhì)量30t，車(chē)長(zhǎng)9.6m，車(chē)寬2.3m，車(chē)高2.5m。通過(guò)加載混凝土砝碼改變車(chē)輛載重，單個(gè)砝碼自重1.5t，共計(jì)7個(gè)。

應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試方案

管道密閉性測(cè)試

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)實(shí)驗(yàn)管道進(jìn)行了加壓密閉性測(cè)試，測(cè)試壓力為3MPa，穩(wěn)壓時(shí)間為2h，試驗(yàn)結(jié)束后，管道壓力為2.9MPa，實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)共有2個(gè)截面，共需8組應(yīng)變片。每個(gè)截面均勻選取4個(gè)部位進(jìn)行初步打磨，使用角磨機(jī)沿管道軸線方向?qū)y(cè)點(diǎn)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(cè)點(diǎn)位置出現(xiàn)金屬光澤，且測(cè)點(diǎn)面積不小于10cm*30cm。

用點(diǎn)焊機(jī)將應(yīng)變片焊接到已打磨過(guò)的表面上，焊接前統(tǒng)一焊接方位，確保每個(gè)應(yīng)變片焊接的方向一致；焊接過(guò)程中，應(yīng)在應(yīng)變片兩側(cè)各點(diǎn)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，待防水乳膠完全干燥后，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(wàn)用表測(cè)量應(yīng)變片是否能正常工作。測(cè)試完成后，需對(duì)應(yīng)變片的數(shù)據(jù)傳輸線進(jìn)行延長(zhǎng)，延長(zhǎng)距離為20m。保證管道埋地后數(shù)據(jù)線不會(huì)因?yàn)槭芰^(guò)大導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸失敗。在延長(zhǎng)線過(guò)程中，先用點(diǎn)焊機(jī)將對(duì)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(jī)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(wàn)用表對(duì)每個(gè)應(yīng)變片連接線的正確性進(jìn)行檢查，防止因?yàn)槁肪€連接錯(cuò)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(kāi)挖坑中，開(kāi)挖坑長(zhǎng)度大于管道長(zhǎng)度1m以上，寬度大于管道直徑0.5m以上，深度為實(shí)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(duì)管道進(jìn)行回填，待管道被細(xì)土覆蓋后，采用普通濕土對(duì)開(kāi)挖坑繼續(xù)回填，回填完畢后，采用壓路機(jī)夯實(shí)土壤，土壤自然沉降3d后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

調(diào)試應(yīng)力應(yīng)變測(cè)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(cè)試儀器數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，應(yīng)力應(yīng)變儀測(cè)試數(shù)據(jù)波動(dòng)范圍應(yīng)在3με以?xún)?nèi)。

試驗(yàn)系統(tǒng)應(yīng)用

車(chē)輛碾壓下埋地管道應(yīng)力測(cè)試實(shí)驗(yàn)包括管道加壓過(guò)程管道應(yīng)力測(cè)試以及車(chē)輛碾壓過(guò)程管道應(yīng)力測(cè)試。車(chē)輛碾壓時(shí)，埋地管道總應(yīng)變?yōu)閮?nèi)壓引起的管道應(yīng)變與車(chē)輛碾壓時(shí)管道應(yīng)變之和。管道加壓過(guò)程管道應(yīng)變測(cè)試中，實(shí)驗(yàn)人員打開(kāi)動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀，待測(cè)試數(shù)據(jù)波動(dòng)范圍在3με內(nèi)，開(kāi)啟空氣壓縮機(jī)對(duì)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(gè)應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變情況如圖1，8個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的管道應(yīng)變值隨著內(nèi)壓升高而增加，加壓完畢后8個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的最大應(yīng)變值為32.5με。

圖1充壓時(shí)管道應(yīng)變數(shù)據(jù)

車(chē)輛碾壓過(guò)程管道應(yīng)變測(cè)試中，實(shí)驗(yàn)人員打開(kāi)動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀，待測(cè)試數(shù)據(jù)波動(dòng)范圍正常后，由實(shí)驗(yàn)人員指揮車(chē)輛按照規(guī)定路線對(duì)管道進(jìn)行碾壓，車(chē)輛行駛至終點(diǎn)后，實(shí)驗(yàn)人員停止數(shù)據(jù)采集，記錄碾壓時(shí)管道產(chǎn)生的應(yīng)變數(shù)據(jù)并保存。車(chē)輛自重10t，管道內(nèi)壓1MPa，車(chē)輛碾壓時(shí)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(chē)輛前輪和車(chē)輛后輪行駛到管道上方時(shí)管道應(yīng)變?cè)龃?。?chē)輛完全經(jīng)過(guò)管道后，管道應(yīng)變恢復(fù)到原狀。

圖2 車(chē)輛碾壓管道應(yīng)變數(shù)據(jù)

結(jié)論

以上實(shí)驗(yàn)證明動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀可以實(shí)現(xiàn)管道充壓過(guò)程和車(chē)輛碾壓過(guò)程中管道應(yīng)變信號(hào)的采集、上傳，并能在終端客戶端實(shí)時(shí)顯示管道應(yīng)變狀態(tài)。