[實用新型]考慮深海埋地管受軸向力及管土耦合作用下的試驗裝置

有效

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• 申請日: 2017-12-19
• 公開（公告）號: CN207717497U
• 公開（公告）日: 2018-08-10
• 發(fā)明（設計）人: 余建星;譚玉娜;余楊;樊志遠;王華昆;王彩妹;李修波;金成行
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01N3/02
• 分類號: G01N3/02;G01N3/36
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 程毓英

本實用新型涉及一種考慮深海埋地管受軸向力及管土耦合作用下的試驗裝置，包括深水高壓艙和位于其內的管土耦合土箱，用于模擬深水環(huán)境下試驗管件與土體的相互作用，試驗管件的兩端從管土耦合土箱的箱體兩側伸出并與箱體密封連接，管土耦合土箱包括管土耦合土箱上部端蓋、軸力油缸、軸向激振裝置、側向激振裝置以及垂向激振裝置，其上部端蓋設置有數(shù)據(jù)線穿出孔；試驗管件的一側與用于對其施加軸向力的軸向油缸相連，軸向油缸固定于同側的深水高壓艙的內部；其另一側與外部油缸相連，外部油缸用于施加軸向激振力，同時在試驗管件的垂向和側向分別利用外部油缸施加垂向和側向的激振力。

技術領域

本實用新型涉及一種模擬深海在役埋地管道管土耦合作用的試驗裝置，利用該裝置，可以實現(xiàn)對深海埋地管道在外部高壓、軸向力以及激震力等一系列復雜外力的聯(lián)合作用。

背景技術

管道輸送一直是油氣運輸中最快捷的、最經濟可靠的主要方式。然而隨著海洋資源的開發(fā)逐步向深海推進，雖然我國在淺海領域已經積累了大量的經驗，但是在深海領域，在役海底埋地管所處的環(huán)境復雜多變，管道需要承受深海海水高壓、管道周圍土體作用，乃至海底地震、海嘯等極端載荷的考驗。因此通過一定的試驗裝置和試驗方法實現(xiàn)真實海況下的管土耦合作用，同時受高壓和軸向力作用的動力響應問題是本實用新型研究的方向。

海底管道在輸送石油的過程中在溫度和內壓共同作用時海底管道體積將會發(fā)生膨脹，管土相互作用以及海底管道的邊界條件限制軸向的自由移動而產生巨大的軸力，溫度和內壓是產生軸力的兩個主要因素，因而對軸向力對深海埋地管的作用不容忽視；同時，相關研究表明，海床土體的相關參數(shù)以及管道的埋深對管線發(fā)生屈曲變形都有著不同程度的影響，因而考慮不同情況下的管土耦合作用，對深海埋地管管道系統(tǒng)的可靠性設計和正常運行的動態(tài)控制可起到至關重要的作用。

對于目前而言，復雜的管土耦合應力問題必須借助現(xiàn)場測試技術、有限元分析理論等方法加以研究，可以真實模擬管土耦合作用的試驗裝置和試驗方法還有待于進一步發(fā)展，國內外有關科研機構設計有一些管土模擬試驗土箱，但這類試驗裝置不足之處也很明顯：

1.可重復利用性差。

2.試驗土箱成本較高。

因而針對深海海底管道而言，需要將該實驗裝置更好的切合實際工程需要，因而將管道和土體按一定的比例縮小到實驗裝置內是一種科學有效的研究方法。

實用新型內容

本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，針對深海海底管道，設計出一種結構簡單，拆卸方便，可用于模擬深海埋地管道在考慮軸向力、地震等載荷作用下，管土耦合作用的專用試驗設備。本實用新型在考慮由高溫高壓、管道相互作用以及地震等極端載荷影響而引起軸向力的前提下，利用管土耦合土箱，可實現(xiàn)對海底埋地管道輸送石油過程中的管土耦合作用的模擬，從而為深海埋地管道的結構設計提供技術參考。本實用新型的技術方案如下：

一種考慮深海埋地管受軸向力及管土耦合作用下的試驗裝置，包括深水高壓艙和位于其內的管土耦合土箱17，用于模擬深水環(huán)境下試驗管件6與土體的相互作用，試驗管件6的兩端從管土耦合土箱17的箱體兩側伸出并與箱體密封連接，其特征在于，所述的管土耦合土箱17包括管土耦合土箱上部端蓋2、軸力油缸10、軸向激振裝置11、12、側向激振裝置18以及垂向激振裝置7、8、9，其上部端蓋2設置有數(shù)據(jù)線穿出孔5；

試驗管件6的一側與用于對其施加軸向力的軸向油缸10相連，軸向油缸10固定于同側的深水高壓艙的內部；其另一側與外部油缸12相連，外部油缸12用于施加軸向激振力，同時在試驗管件6的垂向和側向分別利用外部油缸9、21施加垂向和側向的激振力；各個外部油缸與試驗管件6的連接均采用球形連接槽和萬向球的連接方式，以此模擬由地震等極端載荷作用下產生的軸向、垂向及側向激振力。