车辆碾压下埋地管道应力应变测试

随着经济的不断发展，公路运输交通量、载重量不断增加，穿越公路管段的安全运行受到了地面车辆载荷的影响。为了检测车辆碾压对埋地管道的影响，我们采用了动态应变仪对车辆碾压下埋地管道进行了应力应变测试试验。

实验管道介绍

目标公路埋地管道材质为L360管线钢，管道规格为φ355.6*6.5mm，实验管道材质、规格与现场管道一致，管道长度为7m。管道采用焊接盲板密封，并在管道两端焊接进气管道和排气管道，进排气管道公称直径为DN15，壁厚为4mm。

空气压缩机

使用空气压缩机对实验管道加压，目标公路埋地管道运行压力在1-1.6MPa之间，选用压缩机提供最大压应力应在1.6MPa以上，实验系统选用活塞式压缩机，工作功率为7.5KW，能提供的最大压力为3MPa，满足了实验要求。

应力应变测试系统

仪器采用南京聚航科技有限公司的JHDY动态应变仪，多通道选择，采样频率高达10KHz，可以有效采集车辆高速碾压时埋地管道的应变数据。应变片采用JHBX120-3C应变片。

车辆和砝码

本次实验以一辆六轮三轴货车作为车辆荷载，车辆自重10t，满载总质量30t，车长9.6m，车宽2.3m，车高2.5m。通过加载混凝土砝码改变车辆载重，单个砝码自重1.5t，共计7个。

应力应变测试方案

管道密闭性测试

现场对实验管道进行了加压密闭性测试，测试压力为3MPa，稳压时间为2h，试验结束后，管道压力为2.9MPa，实验管道能够正常稳压，进排气管道可以安全使用。

应变片的粘贴

本次实验共有2个截面，共需8组应变片。每个截面均匀选取4个部位进行初步打磨，使用角磨机沿管道轴线方向对测点进行打磨，先使用80目砂纸进行粗打磨，直至磨去管道表面腐蚀坑，再用240目砂纸进行打磨，直至管道测点位置出现金属光泽，且测点面积不小于10cm*30cm。

用点焊机将应变片焊接到已打磨过的表面上，焊接前统一焊接方位，确保每个应变片焊接的方向一致；焊接过程中，应在应变片两侧各点焊10次以上，以保证其与管道精密贴合。焊接完毕后，用防水乳胶将应变片密封，保证应变片不与水、沙土接触，等待0.5h，待防水乳胶完全干燥后，安装金属防护壳，以确保应变片不受外部挤压。

数据传输连接

应变片的粘贴以及防护工作完成后，采用万用表测量应变片是否能正常工作。测试完成后，需对应变片的数据传输线进行延长，延长距离为20m。保证管道埋地后数据线不会因为受力过大导致数据传输失败。在延长线过程中，先用点焊机将对应的数据线以及屏蔽线焊接连接，然后用塑料管套在上面，采用高温吹风机使其紧紧套在线上，再采用PVC管套在塑料管上，PVC管道两边采用防水乳胶进行填充，连接完毕后，第2次用万用表对每个应变片连接线的正确性进行检查，防止因为路线连接错误导致数据传输失败。

管道下沟与回填

将管道敷设在预设开挖坑中，开挖坑长度大于管道长度1m以上，宽度大于管道直径0.5m以上，深度为实际工况管道埋深。将每一截面共4片应变片的数据线利用胶带捆绑为一组，然后将每组应变片的数据传输线连接至数据采集器上，并在数据传输线和仪器上标明所连接应变片的截面和方位信息。

利用细土对管道进行回填，待管道被细土覆盖后，采用普通湿土对开挖坑继续回填，回填完毕后，采用压路机夯实土壤，土壤自然沉降3d后进行实验。

调试应力应变测试系统

操作人员检查仪器连接是否正确，仪器插入屏蔽底线，仪器正常工作，利用标准应变片测试仪器数据准确性，应力应变仪测试数据波动范围应在3με以内。

试验系统应用

车辆碾压下埋地管道应力测试实验包括管道加压过程管道应力测试以及车辆碾压过程管道应力测试。车辆碾压时，埋地管道总应变为内压引起的管道应变与车辆碾压时管道应变之和。管道加压过程管道应变测试中，实验人员打开动态应变仪，待测试数据波动范围在3με内，开启空气压缩机对管道进行充压。充压完毕后，停止数据采集，记录管道应变数据并保存。管道内压从0MPa加压到1MPa，管道8个应力监测点的应变情况如图1，8个监测点的管道应变值随着内压升高而增加，加压完毕后8个监测点的最大应变值为32.5με。

图1充压时管道应变数据

车辆碾压过程管道应变测试中，实验人员打开动态应变仪，待测试数据波动范围正常后，由实验人员指挥车辆按照规定路线对管道进行碾压，车辆行驶至终点后，实验人员停止数据采集，记录碾压时管道产生的应变数据并保存。车辆自重10t，管道内压1MPa，车辆碾压时管道应变数据如图2，管道应变数据出现2次波峰，分别代表车辆前轮和车辆后轮行驶到管道上方时管道应变增大。车辆完全经过管道后，管道应变恢复到原状。

图2 车辆碾压管道应变数据

结论

以上实验证明动态应变仪可以实现管道充压过程和车辆碾压过程中管道应变信号的采集、上传，并能在终端客户端实时显示管道应变状态。