一種土體-海底多跨管道-海流多場(chǎng)耦合作用的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種土體?海底多跨管道?海流多場(chǎng)耦合作用的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括海底管道模型、第一端部土體支撐裝置、第二端部土體支撐裝置、橫向試驗(yàn)支持架、拖車、多跨土體裝置、拉力傳感器以及應(yīng)變采集儀和計(jì)算機(jī)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：設(shè)計(jì)精巧簡(jiǎn)單，便于加工、安裝及拆解，造價(jià)低廉，解決了垂直均勻來(lái)流條件有土體?海底多跨管道?海流多場(chǎng)耦合作用的海底管道渦激振動(dòng)試驗(yàn)中跨肩土體的施加問題，是研究有土體?海底多跨管道?海流多場(chǎng)耦合作用的海底管道渦激振動(dòng)必不可少的試驗(yàn)裝備，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
【專利說明】
一種土體-海底多跨管道-海流多場(chǎng)耦合作用的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種海洋工程技術(shù)領(lǐng)域的試驗(yàn)裝置，更具體地說，本發(fā)明涉及一種用于研究土體-海底多跨管道-海流多場(chǎng)耦合作用的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]海底管道是深海油氣開采輸運(yùn)不可或缺的關(guān)鍵設(shè)備，被譽(yù)為“海洋油氣生命線”。由于深海海底地形復(fù)雜，管道鋪設(shè)難度大、費(fèi)用高，實(shí)際工程中的管道常直接鋪設(shè)于海床表面，不做任何掩埋處理，加之海流沖刷作用，形成較長(zhǎng)懸跨和多段懸跨的現(xiàn)象越來(lái)越普遍。懸空管跨的出現(xiàn)改變了管道的荷載和應(yīng)力狀態(tài)，尤其是當(dāng)海流流經(jīng)時(shí)，懸空管跨會(huì)出現(xiàn)交替的旋渦脫落，引起管道在順流向(In-Line，IL)和橫流向(Cross-Flow,CF)發(fā)生周期性的漩禍脫落，誘發(fā)禍激振動(dòng)(Vortex-1nduced Vibrat1ns ,VIV)。海底管道失效統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明:懸跨段渦激振動(dòng)是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)疲勞破壞的主要原因。
[0003]由于深海海底凸凹不平以及海流沖刷，直接鋪設(shè)于海床表面的海底管道經(jīng)常出現(xiàn)多段懸跨。多跨管道的相鄰模態(tài)固有頻率比較接近，其渦激振動(dòng)常出現(xiàn)多模態(tài)現(xiàn)象，實(shí)際觀測(cè)發(fā)現(xiàn)IL方向和CF方向渦激振動(dòng)之間的影響十分強(qiáng)烈。挪威的MARINTEK研究機(jī)構(gòu)于2000到2004年期間進(jìn)行的一系列的海底多跨懸空管道模型實(shí)驗(yàn)，重點(diǎn)研究了多跨單模態(tài)和多跨多模態(tài)的渦激振動(dòng)特性，采用特殊彈簧裝置近似模擬跨肩處的土體邊界對(duì)管道作用。
[0004]然而，已開展的實(shí)驗(yàn)并未真實(shí)的考慮跨肩處的管-土作用，而是采用簡(jiǎn)化的彈簧近似土體效應(yīng)。由于海底管線懸跨段的長(zhǎng)度與直徑的比值較立管等海洋工程細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)物要小很多，邊界條件的影響突出，因此海床土體的力學(xué)性質(zhì)，管土接觸模擬情況以及管線的埋置深度等都會(huì)對(duì)渦激振動(dòng)產(chǎn)生較大的影響。因此，需要開展真實(shí)的土體邊界，多跨懸空管道渦激振動(dòng)模型實(shí)驗(yàn)，深入研究管道結(jié)構(gòu)特性、土體參數(shù)、跨肩處溝槽深度、管-土接觸面積和長(zhǎng)度等對(duì)相鄰管跨相互作用機(jī)制的影響。通過模型實(shí)驗(yàn)，可以全方位的觀測(cè)渦激振動(dòng)現(xiàn)象及其特征，獲得可靠的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，用來(lái)效驗(yàn)理論和數(shù)值模型的精度。通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試的方式可以更好的探究海底管線懸跨段渦激振動(dòng)管土影響機(jī)理，為工程實(shí)際提供必要的實(shí)驗(yàn)參考和技術(shù)支持。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的就是解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，并為此提供一種土體-海底多跨管道-海流多場(chǎng)耦合作用的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠模擬海底多跨土體邊界條件，從而開展均勻來(lái)流土體-海底多跨管道-海流多場(chǎng)耦合作用實(shí)驗(yàn)研究，探究流-固-土多場(chǎng)耦合的作用機(jī)理，為工程實(shí)際提供參考和借鑒。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0007]—種土體-海底多跨管道-海流多場(chǎng)耦合作用的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括海底管道模型、第一端部土體支撐裝置、第二端部土體支撐裝置、橫向試驗(yàn)支持架、拖車、多跨土體裝置、拉力傳感器以及應(yīng)變采集儀和計(jì)算機(jī)。
[0008]所述海底管道模型的兩端分別穿過所述的第一端部土體支撐裝置和第二端部土體支撐裝置與其兩側(cè)的支撐板連接，所述的第一端部土體支撐裝置和第二端部土體支撐裝置以及兩個(gè)支撐板的頂部分別與所述橫向試驗(yàn)支持架的兩端連接，所述的海底管道模型上設(shè)置有其上端連接所述橫向試驗(yàn)支持架的多跨土體裝置。
[0009]所述的海底管道模型為裸管結(jié)構(gòu)的薄壁銅管，自所述薄壁銅管的外表面依次向外設(shè)置有緊密接觸的若干層熱塑管和一層硅膠管，所述的薄壁銅管與所述熱塑管之間設(shè)置有多片用于采集應(yīng)變的應(yīng)變片，多片所述的應(yīng)變片分別通過接線端子連接導(dǎo)線，所述導(dǎo)線的兩端分別與所述薄壁銅管的一端或兩端固定，所述薄壁銅管的兩端分別通過銷釘連接第一、第二圓柱接頭。
[0010]所述的橫向試驗(yàn)支持架包括主體橫梁，所述的主體橫梁由長(zhǎng)方形截面鋼管和若干方形截面的鋼管構(gòu)成，所述主體橫梁的頂部安裝用于支撐拖車的槽鋼，所述主體橫梁的內(nèi)部安裝用于放置長(zhǎng)方體浮桶的薄壁木箱;所述的橫向試驗(yàn)支持架通過其主體橫梁頂部的槽鋼以螺栓固定于所述拖車的底部，所述的拖車由動(dòng)力系統(tǒng)、剎車系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成。
[0011 ]所述的第一、第二端部土體支撐裝置，分別包括豎直方向的連接架和連接所述連接架的土箱，兩個(gè)所述的連接架分別連接流線型的土箱外板，兩個(gè)所述連接架的外側(cè)分別連接支撐板，兩個(gè)所述連接架的頂部與兩個(gè)所述支撐板的頂部分別連接所述橫向?qū)嶒?yàn)支持架的主體橫梁兩端。
[0012]所述第一端部土體支撐裝置側(cè)的土箱外板下部設(shè)置有用于安裝萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)的通孔，所述萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)的一端通過萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)螺絲固定在該側(cè)的支撐板上，所述萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)的另一端與所述海底管道模型中的第一圓柱接頭連接。
[0013]所述第二端部土體支撐裝置側(cè)的支撐板外側(cè)設(shè)置有滑輪，所述的土箱外板下部位于所述滑輪下方位置設(shè)置有用于穿過鋼絲繩的通孔，所述的鋼絲繩自連接所述海底管道模型的第二圓柱接頭穿過該側(cè)支撐板上的過孔后繞過滑輪并依次連接拉力彈簧、拉力張緊器和拉力傳感器連接所述橫向試驗(yàn)支持架的主體橫梁，所述鋼絲繩和所述海底管道模型的軸線在與來(lái)流方向垂直的同一平面內(nèi)。
[0014]所述的多跨土體裝置包括多跨土箱和與其焊連接的多跨連接架，所述的多跨連接架由方形截面鋼管焊接而成且其四周焊有條形薄板，所述多跨連接架的頂部固定在所述橫向?qū)嶒?yàn)支持架的主體梁上;所述多跨土箱的兩側(cè)分別連接流線型的導(dǎo)流板，所述導(dǎo)流板的中部設(shè)置有插板。
[0015]所述的多跨土箱上設(shè)置有土箱，所述的土箱有兩種艙室，一種是位于所述土箱中部用于放置土體的土體艙，兩一種是分別設(shè)置在所述土體艙兩側(cè)用于提供浮力的浮艙，所述土體艙的一側(cè)設(shè)置有插板。
[0016]所述的插板由可以拆卸的兩部分拼接而成，其中部開有便于所述的海底管道模型穿入且運(yùn)動(dòng)時(shí)不會(huì)觸碰其邊緣的大圓孔。
[0017]在所述插板的大圓孔附近設(shè)置有連接所述海底管道模型的防漏紗布，所述的防漏紗布以尼龍?jiān)鷰Ъ右怨潭?，并通過防漏法蘭固定在插板上。
[0018]所述的防漏法蘭包括由兩個(gè)半圓部分拼接而成的扎口盤，所述的扎口盤以螺絲固定在第一端部土體支撐裝置上、第二端部土體支撐裝置上、多跨土體裝置的導(dǎo)流板上以及土體艙的兩側(cè)，所述的扎口盤用于壓緊所述防漏紗布的一端，所述防漏紗布的另一端由尼龍?jiān)鷰Ы壎ㄔ诤５坠艿滥Ｐ蜕稀?br>[0019]所述的測(cè)量分析系統(tǒng)，包括設(shè)置在所述薄壁銅管與所述熱塑管之間的多片電阻應(yīng)變片和通過鋼絲繩連接在所述橫向試驗(yàn)支持架一側(cè)的拉力傳感器，所述的電阻應(yīng)變片通過接線端子連接從海底管道模型一側(cè)全部引出的導(dǎo)線，該導(dǎo)線與連接所述拉力傳感器的導(dǎo)線分別連接應(yīng)變采集儀，所述的應(yīng)變采集儀連接電子計(jì)算機(jī)。
[0020]在以上設(shè)置中:
[0021]所述薄壁銅管的外徑為8mm，壁厚為1mm。
[0022]所述的導(dǎo)線為外徑0.3mm的7芯導(dǎo)線。
[0023]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果是:
[0024](I)解決了垂直均勻來(lái)流條件有土體-海底多跨管道-海流多場(chǎng)耦合作用的海底管道渦激振動(dòng)試驗(yàn)中跨肩土體的施加問題。
[0025](2)所述土箱的流線型設(shè)置，可以最大限度的減小土箱結(jié)構(gòu)對(duì)流場(chǎng)的干擾，而土箱與支撐板的焊連接，又可以極大的增強(qiáng)土體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
[0026](3)設(shè)計(jì)精巧簡(jiǎn)單，便于加工、安裝及拆解，造價(jià)低廉，是研究有土體-海底多跨管道-海流多場(chǎng)耦合作用的海底管道渦激振動(dòng)必不可少的試驗(yàn)裝備，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
【附圖說明】
[0027]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2是本發(fā)明中海底管道模型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖3是圖1中橫向試驗(yàn)支持架的俯視圖；
[0030]圖4是圖3的側(cè)視圖；
[0031]圖5是圖1中的海底管道模型與第一、第二端部土體支撐裝置的連接示意圖；
[0032]圖6是圖1中的海底管道模型與多跨土體裝置的連接示意圖；
[0033]圖7是圖5中端部土體支撐裝置的俯視圖；
[0034]圖8是圖7所示端部土體支撐裝置的主視圖；
[0035]圖9是圖7所示端部土體支撐裝置的左視圖；
[0036]圖10是圖1中多跨土體裝置的俯視圖；
[0037I圖11是圖10所示多跨土體裝置的正視圖；
[0038]圖12是圖10所示多跨土體裝置的左視圖；
[0039]圖13是本發(fā)明中橫向試驗(yàn)支持架與拖車位置的俯視圖；
[0040]圖14是圖13所示橫向試驗(yàn)支持架與拖車位置的右視圖；
[0041]圖15是圖3所示中防漏沙裝置示意圖；
[0042]圖中標(biāo)記:
[0043]1-海底管道模型2-第一端部土體支撐裝置
[0044]2。第二端部土體支撐裝置3-橫向試驗(yàn)支持架
[0045]4-連接架5-第一圓柱接頭
[0046]6-第二圓柱接頭7-銷釘
[0047]8-薄壁銅管9-插板
[0048]10-萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)11-端部土箱外板
[0049]12-支撐板13-土箱
[0050]14-防漏法蘭15-萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)螺絲
[0051]16-滑輪17-鋼絲繩
[0052]18-扎口盤19-拉力彈簧
[0053]20-拖車21-多跨土體裝置
[0054]22-多跨連接架23-防漏紗布
[0055]24-拉力張緊器25-拉力傳感器
[0056]26-多跨土箱27-導(dǎo)流板
[0057]28-土體艙29-浮艙30-尼龍?jiān)鷰?br>【具體實(shí)施方式】
[0058]為使本發(fā)明更容易被清楚理解，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作以詳細(xì)描述。
[0059]參照?qǐng)D1，本發(fā)明的土體-海底多跨管道-海流多場(chǎng)耦合作用的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括海底管道模型1、第一端部土體支撐裝置2、第二端部土體支撐裝置橫向試驗(yàn)支持架3、拖車20、多跨土體裝置21、拉力傳感器25以及應(yīng)變采集儀和計(jì)算機(jī)。
[0060]所述海底管道模型I的兩端分別穿過所述的第一端部土體支撐裝置2和第二端部土體支撐裝置2'與其兩側(cè)的支撐板12連接，所述的第一端部土體支撐裝置2和第二端部土體支撐裝置2'以及兩個(gè)支撐板12的頂部分別與所述橫向試驗(yàn)支持架3的兩端連接，所述的海底管道模型I上設(shè)置有其上端連接所述橫向試驗(yàn)支持架3的多跨土體裝置21。
[0061]參照?qǐng)D2，所述的海底管道模型I為裸管結(jié)構(gòu)，該海底管道模型I包括外徑為8mm、壁厚為Imm的薄壁銅管8，自所述薄壁銅管8的外表面依次向外設(shè)置有緊密接觸的若干層熱塑管和一層硅膠管，所述的薄壁銅管8與所述熱塑管之間設(shè)置有多片用于采集應(yīng)變的應(yīng)變片，多片所述的應(yīng)變片分別通過接線端子連接外徑為0.3mm的7芯導(dǎo)線，所述7芯導(dǎo)線的兩端分別與所述薄壁銅管8的一端或兩端固定，所述薄壁銅管8的一端通過銷釘7連接第一圓柱接頭5，所述薄壁銅管8的另一端通過銷釘7連接第二圓柱接頭6。
[0062]參照?qǐng)D3、圖4并結(jié)合圖13、圖14，所述的橫向試驗(yàn)支持架3包括主體橫梁，所述的主體橫梁由長(zhǎng)方形截面鋼管和若干方形截面的鋼管構(gòu)成，所述主體橫梁的頂部安裝用于支撐拖車20的槽鋼，所述主體橫梁的內(nèi)部安裝用于放置長(zhǎng)方體浮桶的薄壁木箱;所述的橫向試驗(yàn)支持架3通過其主體橫梁頂部的槽鋼以螺栓固定于所述拖車20的底部，所述的拖車20由動(dòng)力系統(tǒng)、剎車系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成，它是所述橫向試驗(yàn)支持架3和部分測(cè)量分析系統(tǒng)的載體。
[0063]參照?qǐng)D5、圖7、圖8、圖9并結(jié)合圖1，所述的第一端部土體支撐裝置2、第二端部土體支撐裝置2'分別包括豎直方向的連接架4和連接所述連接架4的土箱13，兩個(gè)所述的連接架4分別連接流線型的土箱外板11，兩個(gè)所述連接架4的外側(cè)分別連接支撐板12，兩個(gè)所述連接架4的頂部與兩個(gè)所述支撐板12的頂部分別連接所述橫向?qū)嶒?yàn)支持架3的主體橫梁兩端。
[0064]所述第一端部土體支撐裝置2側(cè)的土箱外板11下部設(shè)置有用于安裝萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)10的通孔，所述萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)10的一端通過萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)螺絲15固定在該側(cè)的支撐板12上，所述萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)10的另一端與所述海底管道模型I中的第一圓柱接頭5連接。
[0065]所述第二端部土體支撐裝置2'側(cè)的支撐板12外側(cè)設(shè)置有滑輪16，所述的土箱外板11下部位于所述滑輪16下方位置設(shè)置有用于穿過鋼絲繩17的通孔，所述的鋼絲繩17自連接所述海底管道模型I的第二圓柱接頭6穿過該側(cè)支撐板12上的過孔后繞過滑輪16并依次連接拉力彈簧19、拉力張緊器24和拉力傳感器25連接所述橫向試驗(yàn)支持架3的主體橫梁;所述鋼絲繩17和所述海底管道模型I的軸線在同一平面內(nèi)，該平面與來(lái)流方向垂直。
[0066]參照?qǐng)D6、圖10、圖11、圖12并結(jié)合圖1，所述的多跨土體裝置21包括多跨土箱26和多跨連接架22，所述的多跨土箱26與多跨連接架22焊接連接，所述的多跨連接架22由方形截面鋼管焊接而成，所述多跨連接架22四周焊有條形薄板，所述多跨連接架的頂部固定在所述橫向?qū)嶒?yàn)支持架3的主體梁上;所述多跨土箱兩側(cè)分別連接導(dǎo)流板27，所述的導(dǎo)流板27為流線型，所述導(dǎo)流板27的中部設(shè)置有插板9。
[0067]參照?qǐng)D5和圖7，所述的多跨土箱26上設(shè)置有土箱13，所述的土箱13有兩種艙室，SP土體艙28、浮艙29;所述的土體艙28位于所述土箱13中部，用于放置土體，模擬土體邊界條件;所述的浮艙29有兩個(gè)，分別位于所述土體艙28的兩側(cè)，用于提供浮力，所述土體艙28的一側(cè)也安裝有上述的插板9。
[0068]所述的插板9由可以拆卸的兩部分拼接而成，方便海底管道模型I安裝;所述插板9的中部開有便于海底管道模型I穿入且運(yùn)動(dòng)時(shí)不會(huì)觸碰其邊緣的大圓孔，在該大圓孔附近設(shè)置連接所述海底管道模型I的防漏紗布23，所述的防漏紗布23以尼龍?jiān)鷰?0加以固定，并通過防漏法蘭14固定在插板9上，以防止多跨土箱26內(nèi)的土體成分漏出，從而保證海底管道模型I的運(yùn)動(dòng)不受干擾。
[0069]參照?qǐng)D15并結(jié)合圖1、圖5、圖6，所述的防漏法蘭14包括由兩個(gè)半圓部分拼接而成的扎口盤18，所述的扎口盤18以螺絲固定在所述的第一端部土體支撐裝置2上、第二端部土體支撐裝置2'上、多跨土體裝置26的導(dǎo)流板27上以及土體艙28的一側(cè)，所述的扎口盤18用于壓緊所述防漏紗布23的一端，所述防漏紗布23的另一端由尼龍?jiān)鷰?0綁定在海底管道模型I上。
[0070]本發(fā)明中的部分測(cè)量分析系統(tǒng)，包括電阻應(yīng)變片、接線端子、導(dǎo)線、拉力傳感器25、接線裝置、應(yīng)變采集儀和計(jì)算機(jī)。所述的電阻應(yīng)變片通過接線端子連接導(dǎo)線，該導(dǎo)線從海底管道模型I的一側(cè)全部引出，并與所述的拉力傳感器25分別連接應(yīng)變采集儀，所述的應(yīng)變采集儀連接電子計(jì)算機(jī)。在該設(shè)置中，連接所述電阻應(yīng)變片的導(dǎo)線從海底管道模型I的一側(cè)全部引出的目的是方便與所述的應(yīng)變采集儀連接。
[0071]以下以帶有多跨土箱26的海底管道模型I為例，介紹本發(fā)明的制作、安裝和試驗(yàn)過程:
[0072](I)在試驗(yàn)前，先根據(jù)拖曳水池的尺度、拖車20的速度、試驗(yàn)工況的具體情況和試驗(yàn)的經(jīng)濟(jì)性，得到海底管道模型I的具體尺度，再根據(jù)所述海底管道模型I的尺度、拖車20的尺度以及試驗(yàn)工況的具體情況和經(jīng)濟(jì)性，確定橫向試驗(yàn)支持架3以及第一端部土體支撐裝置2、第二端部土體支撐裝置2'和多跨土體裝置21的材料和尺度。
[0073](2)制作海底管道模型1:
[0074]A.沿薄壁銅管8的軸線方向劃出前后相對(duì)、上下相對(duì)的四條平行線，確定電阻應(yīng)變片的粘貼位置；
[0075]B.在所述薄壁銅管8的兩端分別安裝第一圓柱接頭5和第二圓柱接頭6并以銷釘7固定；
[0076]C.去除電阻應(yīng)變片粘貼位置銅管表面的氧化層，粘貼電阻應(yīng)變片，分別使前后電阻應(yīng)變片和上下電阻應(yīng)變片互成一對(duì)，并采用半橋接法通過接線端子連接導(dǎo)線，要求以薄膠帶將電阻應(yīng)變片同接線端子連接的金屬細(xì)絲與薄壁銅管8的表面隔開，以實(shí)現(xiàn)絕緣，在電阻應(yīng)變片的粘貼處涂覆適量硅橡膠，以達(dá)到保護(hù)和防水目的；
[0077]D.引出各位置的導(dǎo)線至所述薄壁銅管6的一端并用薄膠帶將導(dǎo)線沿所述薄壁銅管8的軸線方向固定；
[0078]E.在所述薄壁銅管8的外側(cè)套上若干層熱塑管，并在所述熱塑管的外側(cè)套上一層硅膠管，要求熱塑管的外表面與硅膠管的內(nèi)表面緊密接觸。
[0079](3)制作橫向試驗(yàn)支持架3、第一端部土體支撐裝置2、第二端部土體支撐裝置兩個(gè)支撐板12以及多跨土體裝置21，并將其安裝好。
[0080](4)將防漏沙法蘭14安裝在第一、第二端部土體支撐裝置2和多跨土體裝置21上，將海底管道模型I穿過多跨土體裝置21的兩端，將多跨土體裝置21上的防漏沙布23捆綁在海底管道模型I上，將海底管道模型I的兩端穿過第一、第二端部土體支撐裝置2并固定在第一、第二支撐板12上，將第一、第二端部土體支撐裝置2上的防漏沙布23捆綁在海底管道模型I上。
[0081 ] (5)將在所述海底管道模型I一端引出的導(dǎo)線沿所述第一端部土體支撐裝置2或第二端部土體支撐裝置2'延伸至所述橫向試驗(yàn)支持架3的一端。
[0082](6)將所述的橫向試驗(yàn)支持架3置于拖車20的底部，并用拖車20上部的吊機(jī)將所述的橫向試驗(yàn)支持架3吊起并安裝在拖車20上。
[0083](7)調(diào)節(jié)連接在所述橫向試驗(yàn)支持架3端部的拉力張緊器24，使端部拉力達(dá)到試驗(yàn)工況所需要的數(shù)值。
[0084](8)將自所述薄壁銅管6引出的連接電阻應(yīng)變片的導(dǎo)線和連接拉力傳感器25和導(dǎo)線分別與應(yīng)變采集儀連接，并使應(yīng)變采集儀連接其內(nèi)部安裝有相應(yīng)數(shù)據(jù)采集分析軟件的計(jì)算機(jī)。
[0085](9)完成所有的安裝后，進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試完畢后，可按工況及試驗(yàn)技術(shù)要求進(jìn)行試驗(yàn)，用于測(cè)量分析系統(tǒng)的各儀器設(shè)備可采用相應(yīng)的市售產(chǎn)品。
[0086]以上參照附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行了示意性描述，該描述沒有限制性。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)能理解，在實(shí)際應(yīng)用中，本發(fā)明中各個(gè)技術(shù)特征均可能發(fā)生某些變化，而其他人員在其啟示下也可能做出相似設(shè)計(jì)。特別需要指出的是:只要不脫離本發(fā)明的設(shè)計(jì)宗旨，所有顯而易見的細(xì)節(jié)變化或相似設(shè)計(jì)，均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種土體-海底多跨管道-海流多場(chǎng)耦合作用的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括海底管道模型、第一端部土體支撐裝置、第二端部土體支撐裝置、橫向試驗(yàn)支持架、拖車、多跨土體裝置、拉力傳感器以及應(yīng)變采集儀和計(jì)算機(jī)，其特征在于:所述海底管道模型的兩端分別穿過所述的第一、第二端部土體支撐裝置并與其兩側(cè)的支撐板連接，所述的第一端部土體支撐裝置和第二端部土體支撐裝置以及兩個(gè)支撐板的頂部分別與所述橫向試驗(yàn)支持架的兩端連接，所述的海底管道模型上設(shè)置有其上端連接所述橫向試驗(yàn)支持架的多跨土體裝置。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土體-海底多跨管道-海流多場(chǎng)耦合作用的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:所述的海底管道模型為裸管結(jié)構(gòu)的薄壁銅管，自所述薄壁銅管的外表面依次向外設(shè)置有緊密接觸的若干層熱塑管和一層硅膠管，所述的薄壁銅管與所述熱塑管之間設(shè)置有多片用于采集應(yīng)變的應(yīng)變片，多片所述的應(yīng)變片分別通過接線端子連接導(dǎo)線，所述導(dǎo)線的兩端分別與所述薄壁銅管的一端或兩端固定，所述薄壁銅管的兩端分別通過銷釘連接第一、第二圓柱接頭。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的土體-海底多跨管道-海流多場(chǎng)耦合作用的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:所述薄壁銅管的外徑為8mm，壁厚為Imm;所述的導(dǎo)線為外徑0.3mm的7芯導(dǎo)線。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土體-海底多跨管道-海流多場(chǎng)耦合作用的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:所述的橫向試驗(yàn)支持架包括主體橫梁，所述的主體橫梁由長(zhǎng)方形截面鋼管和若干方形截面的鋼管構(gòu)成，所述主體橫梁的頂部安裝用于支撐拖車的槽鋼，所述主體橫梁的內(nèi)部安裝用于放置長(zhǎng)方體浮桶的薄壁木箱;所述的橫向試驗(yàn)支持架通過其主體橫梁頂部的槽鋼以螺栓固定于所述拖車的底部，所述的拖車由動(dòng)力系統(tǒng)、剎車系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土體-海底多跨管道-海流多場(chǎng)耦合作用的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:所述的第一、第二端部土體支撐裝置，分別包括豎直方向的連接架和連接所述連接架的土箱，兩個(gè)所述的連接架分別連接流線型的土箱外板，兩個(gè)所述連接架的外側(cè)分別連接支撐板，兩個(gè)所述連接架的頂部與兩個(gè)所述支撐板的頂部分別連接所述橫向?qū)嶒?yàn)支持架的主體橫梁兩端;所述第一端部土體支撐裝置側(cè)的土箱外板下部設(shè)置有用于安裝萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)的通孔，所述萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)的一端通過萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)螺絲固定在該側(cè)的支撐板上，所述萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)的另一端與所述海底管道模型中的第一圓柱接頭連接;所述第二端部土體支撐裝置側(cè)的支撐板外側(cè)設(shè)置有滑輪，所述的土箱外板下部位于所述滑輪下方位置設(shè)置有用于穿過鋼絲繩的通孔，所述的鋼絲繩自連接所述海底管道模型的第二圓柱接頭穿過該側(cè)支撐板上的過孔后繞過滑輪并依次連接拉力彈簧、拉力張緊器和拉力傳感器連接所述橫向試驗(yàn)支持架的主體橫梁，所述鋼絲繩和所述海底管道模型的軸線在與來(lái)流方向垂直的同一平面內(nèi)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土體-海底多跨管道-海流多場(chǎng)耦合作用的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:所述的多跨土體裝置包括多跨土箱和與其焊連接的多跨連接架，所述的多跨連接架由方形截面鋼管焊接而成且其四周焊有條形薄板，所述多跨連接架的頂部固定在所述橫向?qū)嶒?yàn)支持架的主體梁上;所述多跨土箱的兩側(cè)分別連接流線型的導(dǎo)流板，所述導(dǎo)流板的中部設(shè)置有插板。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土體-海底多跨管道-海流多場(chǎng)耦合作用的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:所述的多跨土箱上設(shè)置有土箱，所述的土箱有兩種艙室，一種是位于所述土箱中部用于放置土體的土體艙，兩一種是分別設(shè)置在所述土體艙兩側(cè)用于提供浮力的浮艙，所述土體艙的一側(cè)設(shè)置有插板。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的土體-海底多跨管道-海流多場(chǎng)耦合作用的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:所述的插板由可以拆卸的兩部分拼接而成，其中部開有便于所述的海底管道模型穿入且運(yùn)動(dòng)時(shí)不會(huì)觸碰其邊緣的大圓孔，在所述插板的大圓孔附近設(shè)置有連接所述海底管道模型的防漏紗布，所述的防漏紗布以尼龍?jiān)鷰Ъ右怨潭?，并通過防漏法蘭固定在插板上。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的土體-海底多跨管道-海流多場(chǎng)耦合作用的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:所述的防漏法蘭包括由兩個(gè)半圓部分拼接而成的扎口盤，所述的扎口盤以螺絲固定在第一端部土體支撐裝置上、第二端部土體支撐裝置上、多跨土體裝置的導(dǎo)流板上以及土體艙的兩側(cè)，所述的扎口盤用于壓緊所述防漏紗布的一端，所述防漏紗布的另一端由尼龍?jiān)鷰Ы壎ㄔ诤５坠艿滥Ｐ蜕稀?0.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土體-海底多跨管道-海流多場(chǎng)耦合作用的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:所述的測(cè)量分析系統(tǒng)，包括設(shè)置在所述薄壁銅管與所述熱塑管之間的多片電阻應(yīng)變片和通過鋼絲繩連接在所述橫向試驗(yàn)支持架一側(cè)的拉力傳感器，所述的電阻應(yīng)變片通過接線端子連接從海底管道模型一側(cè)全部引出的導(dǎo)線，該導(dǎo)線與連接所述拉力傳感器的導(dǎo)線分別連接應(yīng)變采集儀，所述的應(yīng)變采集儀連接電子計(jì)算機(jī)。
【文檔編號(hào)】G01M7/02GK105973553SQ201610297462
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年5月7日
【發(fā)明人】徐萬(wàn)海, 羅浩, 馬燁璇, 欒英森
【申請(qǐng)人】天津大學(xué)