CN210571902U - 一种考虑黏土温度效应的管道与黏土轴向摩擦试验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种考虑黏土温度效应的管道与黏土轴向摩擦试验装置，考虑土体温度效应、操作简单，实用性较强，且成本较低，能够满足工程设计的需要。所述装置包括试验模型箱、模型管道、顶部加载板、竖向堆载、温度控制***和牵引检测装置，所述试验模型箱顶端敞口，顶部加载板设置在试验模型箱的顶部，竖向堆载设置在顶部加载板的顶部，模型管道的两端露出试验模型箱两侧并与试验模型箱滑动连接，所述试验模型箱两侧分别设置温度控制***和牵引检测装置，所述模型管道内设置有温度加载***和温度传感器，所述温度加载***和温度传感器分别连接温度控制***，所述牵引检测装置连接模型管道。
Description
技术领域
本实用新型属于与海洋能源管道工程相关的，在室内试验中用于结构与土界面力学特性测定的技术领域，涉及一种用于测定土在不同升温条件下结构与土的轴向摩擦特性的试验装置。
背景技术
随着人民生活水平的提高，对于能源的消耗日益增长，全球70％以上的油气资源蕴藏在海底。在这样的背景下，我国也在大力进行着海洋油气资源的开发，因此大量的管道运输工程，尤其是海洋管道需要建设。而由于海洋管道在运输高温高压油气过程中，管道本身受着高温高压油气的影响而温度升高，导致管道膨胀，同时产生巨大轴向抗力，引起“走管”现象；而在管道本身具有一定初始缺陷时会产生巨大弯矩，诱发管道整体屈曲或局部屈曲。与此同时管道温度升高引起周围土层温度变化，周围土体受到温度影响后工程性质会有一定的变化。
在管道设计中，管道与土体轴向相互作用力是非常重要的设计参数。传统研究主要将管道升温作为位移或者力荷载进行考虑，而如何同时考虑管道升温引起的周围土体温度效应以及管道与土体的相互作用成为了新的难点。因此，开发一种考虑黏土温度效应的管道与黏土轴向摩擦试验装置具有重要的工程意义。
实用新型内容
本实用新型专利旨在提供现有技术中的管道与土体轴向摩擦试验为考虑温度影响造成实验结果差异的不足之处，提供考虑土体温度效应、操作简单，实用性较强，且成本较低，能够满足工程设计的需要的一种考虑黏土温度效应的管道与黏土轴向摩擦试验装置。
为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
本实用新型的一种考虑黏土温度效应的管道与黏土轴向摩擦试验装置，包括试验模型箱、模型管道、顶部加载板、竖向堆载、温度控制***和牵引检测装置，所述试验模型箱顶端敞口，顶部加载板设置在试验模型箱的顶部，竖向堆载设置在顶部加载板的顶部，模型管道的两端露出试验模型箱两侧并与试验模型箱滑动连接，所述试验模型箱两侧分别设置温度控制***和牵引检测装置，所述模型管道内设置有温度加载***和温度传感器，所述温度加载***和温度传感器分别连接温度控制***，所述牵引检测装置连接模型管道。
作为优选，试验模型箱内底部设有排水层，所述排水层由土工布包裹砂砾石组成。
作为优选，顶部加载板底面设置有土工布。
作为优选，所述试验模型箱两侧分别设置有两个竖直延伸的条形槽，试验模型箱在条形槽处滑动连接有上活动槽板和下活动槽板，所述上活动槽板的下端以及下活动槽板的上端均设置有半圆形缺口，所述的两个半圆形缺口可拼接为一个圆形通孔，模型管道两端分别滑动连接两侧的圆形通孔。
作为优选，所述试验模型箱两侧分别竖直设置有一根钢轴杆，所述上活动槽板设有上滑动支座，下活动槽板设有下滑动支座，所述上滑动支座和下滑动支座分别滑动连接所述钢轴杆的上下两端。
作为优选，所述钢轴杆设有螺纹，钢轴干分别在上滑动支座和下滑动支座下方设有活动螺栓。
作为优选，模型管道靠近牵引检测装置一端封闭且这一端设置有进水孔和出水孔，所述进水孔位于出水孔下方。
作为优选，模型管道靠近牵引检测装置一端设有高温控制阀。
作为优选，所述牵引检测装置包括绞盘、步进电机、钢绞线、轴力计和位移传感器，所述钢绞线两端分别连接模型管道和绞盘，钢绞线上设置轴力计和位移传感器，所述步进电机驱动绞盘。
作为优选，还包括数据采集器和计算机，所述数据采集器连接轴力计和位移传感器，所述计算机连接数据采集器。
试验模型箱内放置待测土样，模型管道是取部分待测管道制成，使模型管道埋设于土样内。通过顶部加载板和竖向堆载使土样进行加载固结。上活动槽板和下活动槽板用于调节模型管道两端的高度位置，使模型管道和土样一起加载固结，再通过活动螺栓和钢轴杆进行竖直反向的定位。牵引检测装置对模型管道施加拉力，通过轴力计和位移传感器测得模型管道开始发生横向位移时的拉力，从而测得模型管道和土样的轴向摩擦系数。压模型管道内部安装有温度加载***和温度传感器，模型管道端部具有注水孔、出水孔、高温保护阀门和钢环，通过注水孔对模型管道内部进行注水后，可以通过外接温度控制***控制温度加载***对模型管道进行加热和制冷，内置温度传感器可实时反馈管道内部温度，并通过温度控制***对管道温度进行自动控制，高温保护阀门可避免高温引起水膨胀导致管道内部应力增大。试验模型箱前后有开槽，且具有上活动槽板和下活动槽板，试验时模型管道可伴随着土体一同固结，固结完成后即可打开活动槽板进行试验，无需在土体固结完成后再***模型管道，大大降低了对土体的扰动，简单方便，试验可以更加准确地反映管道与土体的轴向摩擦。
附图说明
图1为本实用新型专利提供一种考虑黏土温度效应的管道与黏土轴向摩擦试验装置的整体结构图。
图2为本实用新型专利提供一种考虑黏土温度效应的管道与黏土轴向摩擦试验装置的局部剖视图。
图3为本实用新型专利提供一种考虑黏土温度效应的管道与黏土轴向摩擦试验装置的侧视图。
图中：
1、试验模型箱；2、模型管道；3、温度加载***；4、排水层；5、钢环；6、黏土；7、土工布；8、顶部加载板；9、竖向堆载；10、上活动槽板；11、下活动槽板；12、温度控制***；13、步进电机；14、钢绞线；15、轴力计；16、位移传感器；17、高温控制阀；18、进水孔；19、出水孔；20、上滑动支座；21、下滑动支座；22、钢轴杆；23、活动螺栓；24、数据采集器；25、计算机。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步描述。
如图1、图2所示，本实用新型的一种考虑黏土6温度效应的管道与黏土6轴向摩擦试验装置，包括试验模型箱1、模型管道2、顶部加载板8、竖向堆载9、温度控制***12和牵引检测装置，所述试验模型箱1顶端敞口，顶部加载板8设置在试验模型箱1的顶部，竖向堆载9设置在顶部加载板8的顶部，模型管道2的两端露出试验模型箱1两侧并与试验模型箱1滑动连接，所述试验模型箱1两侧分别设置温度控制***12和牵引检测装置，所述模型管道2内设置有温度加载***3和温度传感器，所述温度加载***3和温度传感器分别连接温度控制***12，所述牵引检测装置连接模型管道2。
试验模型箱1内底部设有排水层4，所述排水层4由土工布7包裹砂砾石组成。顶部加载板8底面设置有土工布7。
如图2、图3所示，所述试验模型箱1两侧分别设置有两个竖直延伸的条形槽，试验模型箱1在条形槽处滑动连接有上活动槽板10和下活动槽板11，所述上活动槽板10的下端以及下活动槽板11的上端均设置有半圆形缺口，所述的两个半圆形缺口可拼接为一个圆形通孔，模型管道2两端分别滑动连接两侧的圆形通孔。
所述试验模型箱1两侧分别竖直设置有一根钢轴杆22，所述上活动槽板10设有上滑动支座20，下活动槽板11设有下滑动支座21，所述上滑动支座20和下滑动支座21分别滑动连接所述钢轴杆22的上下两端。所述钢轴杆22设有螺纹，钢轴干分别在上滑动支座20和下滑动支座21下方设有活动螺栓23。
模型管道2靠近牵引检测装置一端封闭且这一端设置有进水孔18和出水孔19，所述进水孔18位于出水孔19下方。模型管道2靠近牵引检测装置一端设有高温控制阀17。
所述牵引检测装置包括绞盘、步进电机13、钢绞线14、轴力计15和位移传感器16，所述钢绞线14两端分别连接模型管道2和绞盘，钢绞线14上设置轴力计15和位移传感器16，所述步进电机13驱动绞盘。本实施例中位移传感器16采用米朗KTF通用滑块式直线位移传感器，轴力计15采用JLBM拉压力传感器，数据采集器24采用INV3062A网络分布式采集分析仪。
本申请的试验装置还包括数据采集器24和计算机25，所述数据采集器24连接轴力计15和位移传感器16，所述计算机25连接数据采集器24。
试验模型箱1内放置待测土样，模型管道2是取部分待测管道制成，使模型管道2埋设于土样内。通过顶部加载板8和竖向堆载9使土样进行加载固结。上活动槽板10和下活动槽板11用于调节模型管道2两端的高度位置，使模型管道2和土样一起加载固结，再通过活动螺栓23和钢轴杆22进行竖直反向的定位。牵引检测装置对模型管道2施加拉力，通过轴力计15和位移传感器16测得模型管道2开始发生横向位移时的拉力，从而测得模型管道2和土样的轴向摩擦系数。压模型管道2内部安装有温度加载***3和温度传感器，模型管道2端部具有注水孔、出水孔19、高温保护阀门和钢环5，通过注水孔对模型管道2内部进行注水后，可以通过外接温度控制***12控制温度加载***3对模型管道2进行加热和制冷，内置温度传感器可实时反馈管道内部温度，并通过温度控制***12对管道温度进行自动控制，高温保护阀门可避免高温引起水膨胀导致管道内部应力增大。试验模型箱1前后有开槽，且具有上活动槽板10和下活动槽板11，试验时模型管道2可伴随着黏土6一同固结，固结完成后即可打开活动槽板进行试验，无需在黏土6固结完成后再***模型管道2，大大降低了对黏土6的扰动，简单方便，试验可以更加准确地反映管道与黏土6的轴向摩擦。
Claims (10)
1.一种考虑黏土温度效应的管道与黏土轴向摩擦试验装置，其特征是，包括试验模型箱、模型管道、顶部加载板、竖向堆载、温度控制***和牵引检测装置，所述试验模型箱顶端敞口，顶部加载板设置在试验模型箱的顶部，竖向堆载设置在顶部加载板的顶部，模型管道的两端露出试验模型箱两侧并与试验模型箱滑动连接，所述试验模型箱两侧分别设置温度控制***和牵引检测装置，所述模型管道内设置有温度加载***和温度传感器，所述温度加载***和温度传感器分别连接温度控制***，所述牵引检测装置连接模型管道。
2.根据权利要求1所述的一种考虑黏土温度效应的管道与黏土轴向摩擦试验装置，其特征是，试验模型箱内底部设有排水层，所述排水层由土工布包裹砂砾石组成。
3.根据权利要求1所述的一种考虑黏土温度效应的管道与黏土轴向摩擦试验装置，其特征是，顶部加载板底面设置有土工布。
4.根据权利要求1所述的一种考虑黏土温度效应的管道与黏土轴向摩擦试验装置，其特征是，所述试验模型箱两侧分别设置有两个竖直延伸的条形槽，试验模型箱在条形槽处滑动连接有上活动槽板和下活动槽板，所述上活动槽板的下端以及下活动槽板的上端均设置有半圆形缺口，所述的两个半圆形缺口可拼接为一个圆形通孔，模型管道两端分别滑动连接两侧的圆形通孔。
5.根据权利要求4所述的一种考虑黏土温度效应的管道与黏土轴向摩擦试验装置，其特征是，所述试验模型箱两侧分别竖直设置有一根钢轴杆，所述上活动槽板设有上滑动支座，下活动槽板设有下滑动支座，所述上滑动支座和下滑动支座分别滑动连接所述钢轴杆的上下两端。
6.根据权利要求5所述的一种考虑黏土温度效应的管道与黏土轴向摩擦试验装置，其特征是，所述钢轴杆设有螺纹，钢轴干分别在上滑动支座和下滑动支座下方设有活动螺栓。
7.根据权利要求1所述的一种考虑黏土温度效应的管道与黏土轴向摩擦试验装置，其特征是，模型管道靠近牵引检测装置一端封闭且这一端设置有进水孔和出水孔，所述进水孔位于出水孔下方。
8.根据权利要求7所述的一种考虑黏土温度效应的管道与黏土轴向摩擦试验装置，其特征是，模型管道靠近牵引检测装置一端设有高温控制阀。
9.根据权利要求1所述的一种考虑黏土温度效应的管道与黏土轴向摩擦试验装置，其特征是，所述牵引检测装置包括绞盘、步进电机、钢绞线、轴力计和位移传感器，所述钢绞线两端分别连接模型管道和绞盘，钢绞线上设置轴力计和位移传感器，所述步进电机驱动绞盘。
10.根据权利要求9所述的一种考虑黏土温度效应的管道与黏土轴向摩擦试验装置，其特征是，还包括数据采集器和计算机，所述数据采集器连接轴力计和位移传感器，所述计算机连接数据采集器。
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| CN201921370176.0U CN210571902U (zh) | 2019-08-22 | 2019-08-22 | 一种考虑黏土温度效应的管道与黏土轴向摩擦试验装置 |
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| CN (1) | CN210571902U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110441228A (zh) * | 2019-08-22 | 2019-11-12 | 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司 | 考虑黏土温度效应的管道与黏土轴向摩擦试验装置及方法 |
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2019
- 2019-08-22 CN CN201921370176.0U patent/CN210571902U/zh active Active
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