一種測量管道側(cè)向土抗力的試驗(yàn)裝置的制造方法
【專利說明】
所屬技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于海底管道測試技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種是一種管道-土壤相互作用試驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，海洋油氣工程逐漸向深海發(fā)展。海底管道的正常工作是深海油氣開發(fā)的重要保障，而深海海底管道一般裸置于海床表面或部分埋置。在管內(nèi)高溫高壓作用下，裸置在海床表面的管道會(huì)發(fā)生側(cè)向屈曲，過大的側(cè)向移動(dòng)會(huì)導(dǎo)致局部應(yīng)力超過屈服極限，從而導(dǎo)致管道結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，造成重大工程事故。
[0003]目前，在海底管道側(cè)向屈曲的理論研宄和數(shù)值模擬中，管道受到的土壤抗力采用庫倫摩擦模型。此方法在海底管道的概念設(shè)計(jì)階段可行，但是，如果在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段仍然采用庫倫摩擦模型就不能準(zhǔn)確預(yù)估海底管道的側(cè)向屈曲。因此，進(jìn)行海底管道側(cè)向土抗力試驗(yàn)研宄，更加準(zhǔn)確的模擬管道在側(cè)向移動(dòng)過程中受到的土抗力對(duì)于海底管道整體屈曲的預(yù)報(bào)非常的關(guān)鍵。
[0004]基于此，唐友剛提出了一種海底管道側(cè)向往復(fù)移動(dòng)載荷試驗(yàn)裝置[201410438850.X]。該裝置可以測量裸置管道在砂土表面往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程中受到的土壤作用力。但是該裝置尚存在以下問題:(I)該裝置中的試驗(yàn)管道在側(cè)向移動(dòng)過程中無法自由升降，因?yàn)樵搶＠胁捎幂S承座實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)管道的升降，但是軸承座的軸向摩擦比較大，對(duì)試驗(yàn)管道的升降產(chǎn)生較大影響；(2)該裝置無法調(diào)節(jié)試驗(yàn)管道的重量，使用一根試驗(yàn)管道只能夠模擬一種情況；(3)該裝置無法測量試驗(yàn)管道在側(cè)向移動(dòng)過程中的垂向位移；(4)該裝置的測力系統(tǒng)不具有重復(fù)性，當(dāng)更換一次試驗(yàn)管道，就要重新粘貼應(yīng)變片，操作比較復(fù)雜。針對(duì)以上問題，本發(fā)明專利在專利[201410438850.X]的基礎(chǔ)上提出了一種測量管道側(cè)向土抗力的試驗(yàn)裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種測量管道側(cè)向土抗力的試驗(yàn)裝置，用于測量試驗(yàn)管道在側(cè)向移動(dòng)過程中受到的土壤抗力。本裝置能夠防止試驗(yàn)管道滾動(dòng)、允許試驗(yàn)管道自由升降，且本裝置可以調(diào)節(jié)管道重量，能夠正確模擬真實(shí)海底管道的側(cè)向運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，測量的土壤抗力更加接近海底管道在真實(shí)狀態(tài)下的受力。本發(fā)明的方案如下:
[0006]一種測量管道側(cè)向土抗力的試驗(yàn)裝置，包括:土槽(I)，兩條水平直線導(dǎo)軌⑵，水平小車(3)，豎向直線導(dǎo)軌(4)，兩個(gè)豎直桿(9)，測力系統(tǒng)，測位移系統(tǒng)，調(diào)節(jié)管道重量系統(tǒng)，動(dòng)力系統(tǒng)幾個(gè)部分，其中，
[0007]沿著土槽(I)長度方向放置有兩條相互平行的水平直線導(dǎo)軌(2)，土槽(I)內(nèi)預(yù)置一定深度的土體，在土體表面鋪設(shè)有試驗(yàn)管道(11)，試驗(yàn)管道(11)直接放置在土體表面
(12)或者嵌入到土體中一定深度；
[0008]在兩條水平直線導(dǎo)軌(2)上分別設(shè)置有滑塊(14)，水平小車(3)固定在滑塊(14)上，可以通過滑塊(14)沿著土槽上的水平直線導(dǎo)軌(2)往復(fù)運(yùn)動(dòng)；
[0009]在水平小車(3)上固定有兩條豎向直線導(dǎo)軌(4)，兩條豎向直線導(dǎo)軌(4)的間距大于試驗(yàn)管道(11)的長度，在每條豎向直線導(dǎo)軌(4)上各布置有兩個(gè)滑塊(20)，4個(gè)滑塊(20)相互固定連接；
[0010]所述的測力系統(tǒng)包括四個(gè)拉壓力傳感器(10)，在豎向直線導(dǎo)軌(4)的每個(gè)滑塊(20)處布置一個(gè)拉壓力傳感器(10)，拉壓力傳感器(10)的一端與豎直桿(9)固定連接，另一端與相應(yīng)的豎向直線導(dǎo)軌上的一個(gè)滑塊(20)固定連接；
[0011]所述的測位移系統(tǒng)用于測量用于測量水平小車(3)的水平位移及試驗(yàn)管道(11)的垂向位移；
[0012]所述的調(diào)節(jié)管道重量系統(tǒng)包括定滑輪(8)、牽引繩(19)和配重(16)，定滑輪(8)固定在水平小車⑶上，牽引繩(19)的一端與試驗(yàn)管道(11)連接，另一端與配重(16)連接；通過改變配重(16)的重量，調(diào)節(jié)試驗(yàn)管道(11)對(duì)土體的壓力，以模擬相同直徑、不同壁厚的試驗(yàn)管道(11)。
[0013]兩個(gè)豎直桿(9)的底端分別與試驗(yàn)管道(11)的兩端固定連接。
[0014]作為優(yōu)選實(shí)施方式，所述的測位移系統(tǒng)包括兩個(gè)直線位移傳感器(6)，一個(gè)直線位移傳感器(6)固定在土槽(I) 一端，其測量端口與水平小車(3)連接，用于測量水平小車
(3)的水平位移；另一個(gè)直線位移傳感器(6)布置在水平小車(3)上，其測量端口與試驗(yàn)管道(11)連接，用于測量試驗(yàn)管道(11)的垂向位移。
[0015]所述的動(dòng)力系統(tǒng)包括分別布置在土槽(I)兩端的兩套電動(dòng)機(jī)和滾筒(7)，電動(dòng)機(jī)用于驅(qū)動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，在滾筒(7)上纏繞有繩索(5)，繩索(5)的一端固定在滾筒(7)上，另一端固定在水平小車(3)上，通過水平小車(3)帶動(dòng)試驗(yàn)管道(11)水平運(yùn)動(dòng)；試驗(yàn)管道(11)受到的水平方向的合力與四個(gè)拉壓力傳感器(10)收到的合力相等。
[0016]本發(fā)明的有益效果如下:
[0017]1、本試驗(yàn)裝置可以實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)管道在側(cè)向運(yùn)動(dòng)過程中的可以自由上升和下降。本裝置在豎直方向布置兩條沿豎直方向的平行直線導(dǎo)軌，試驗(yàn)管道可以沿著豎向直線導(dǎo)軌自由升降。在試驗(yàn)過程中，本試驗(yàn)裝置可以防止試驗(yàn)管道在側(cè)向運(yùn)動(dòng)過程中發(fā)生滾動(dòng)。在直接鋪設(shè)到海床上的海底管道側(cè)向運(yùn)動(dòng)過程中，海底管道受到的外力為管道自身的重力和土壤阻力；管道可能垂直方向的上升或者下降，但是沒有轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，本裝置可以正確模擬真實(shí)海底管道的側(cè)向運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
[0018]2、本試驗(yàn)裝置可以改變?cè)囼?yàn)管道重量。本試驗(yàn)裝置采用一套滑輪系統(tǒng)調(diào)節(jié)相同直徑試驗(yàn)管道的重量，即相當(dāng)于改變?cè)囼?yàn)管道壁厚，從而可以使用一根試驗(yàn)管道模擬相同外徑、不同壁厚的試驗(yàn)管道，節(jié)約試驗(yàn)材料。
[0019]3、本試驗(yàn)裝置可以模擬平坦的海床，也可以模擬不平坦的海床。本試驗(yàn)裝置在預(yù)置土體時(shí)，土體表面可以預(yù)置為水平、傾斜或凹凸不平。
[0020]4、本試驗(yàn)裝置可以測量試驗(yàn)管道在側(cè)向運(yùn)動(dòng)過程中的水平運(yùn)動(dòng)位移和垂向運(yùn)動(dòng)位移。本試驗(yàn)裝置采用兩個(gè)直線位移傳感器測量管道的水平位移和垂向位移，試驗(yàn)過程中記錄試驗(yàn)管道的運(yùn)動(dòng)軌跡。
[0021]5、本試驗(yàn)裝置操作簡便，在更換試驗(yàn)管道時(shí)，只需將管道與豎直桿連接即可，無需做其它改動(dòng)。
[0022]6、本試驗(yàn)裝置的測力系統(tǒng)測量試驗(yàn)管道的水平受力不會(huì)引入摩擦阻力等因素，測量結(jié)果比較準(zhǔn)確。
【附圖說明】
[0023]圖1:試驗(yàn)裝置俯視圖；
[0024]圖2:試驗(yàn)裝置側(cè)視圖；
[0025]圖3:拉壓力傳感器連接圖；
[0026]圖4:管道端部連接圖；
[0027]圖5:改變管道重量的裝置圖。
[0028]圖中:1、土槽，2、水平直線導(dǎo)軌，3、水平小車，4、豎向直線導(dǎo)軌，5、繩索，6、直線位移傳感器，7、滾筒，8、定滑輪，9、豎直桿，10、拉壓力傳感器，11、試驗(yàn)管道，12、土體表面，13、豎直桿端部連接板，14、滑塊，15、試驗(yàn)管道端部連接板，16、配重，17、電動(dòng)機(jī)，18、減速機(jī)，19、牽引繩，20、滑塊。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)行詳細(xì)描述。
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