隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，公路運輸交通量、載重量不斷增加，穿越公路管段的安全運行受到了地面車輛載荷的影響。為了檢測車輛碾壓對埋地管道的影響，我們采用了動態(tài)應變儀對車輛碾壓下埋地管道進行了應力應變測試試驗。

實驗管道介紹

目標公路埋地管道材質(zhì)為L360管線鋼，管道規(guī)格為φ355.6*6.5mm，實驗管道材質(zhì)、規(guī)格與現(xiàn)場管道一致，管道長度為7m。管道采用焊接盲板密封，并在管道兩端焊接進氣管道和排氣管道，進排氣管道公稱直徑為DN15，壁厚為4mm。

空氣壓縮機

使用空氣壓縮機對實驗管道加壓，目標公路埋地管道運行壓力在1-1.6MPa之間，選用壓縮機提供最大壓應力應在1.6MPa以上，實驗系統(tǒng)選用活塞式壓縮機，工作功率為7.5KW，能提供的最大壓力為3MPa，滿足了實驗要求。

應力應變測試系統(tǒng)

儀器采用南京聚航科技有限公司的JHDY動態(tài)應變儀，多通道選擇，采樣頻率高達10KHz，可以有效采集車輛高速碾壓時埋地管道的應變數(shù)據(jù)。應變片采用JHBX120-3C應變片。

車輛和砝碼

本次實驗以一輛六輪三軸貨車作為車輛荷載，車輛自重10t，滿載總質(zhì)量30t，車長9.6m，車寬2.3m，車高2.5m。通過加載混凝土砝碼改變車輛載重，單個砝碼自重1.5t，共計7個。

應力應變測試方案

管道密閉性測試

現(xiàn)場對實驗管道進行了加壓密閉性測試，測試壓力為3MPa，穩(wěn)壓時間為2h，試驗結(jié)束后，管道壓力為2.9MPa，實驗管道能夠正常穩(wěn)壓，進排氣管道可以安全使用。

應變片的粘貼

本次實驗共有2個截面，共需8組應變片。每個截面均勻選取4個部位進行初步打磨，使用角磨機沿管道軸線方向?qū)y點進行打磨，先使用80目砂紙進行粗打磨，直至磨去管道表面腐蝕坑，再用240目砂紙進行打磨，直至管道測點位置出現(xiàn)金屬光澤，且測點面積不小于10cm*30cm。

用點焊機將應變片焊接到已打磨過的表面上，焊接前統(tǒng)一焊接方位，確保每個應變片焊接的方向一致；焊接過程中，應在應變片兩側(cè)各點焊10次以上，以保證其與管道精密貼合。焊接完畢后，用防水乳膠將應變片密封，保證應變片不與水、沙土接觸，等待0.5h，待防水乳膠完全干燥后，安裝金屬防護殼，以確保應變片不受外部擠壓。

數(shù)據(jù)傳輸連接

應變片的粘貼以及防護工作完成后，采用萬用表測量應變片是否能正常工作。測試完成后，需對應變片的數(shù)據(jù)傳輸線進行延長，延長距離為20m。保證管道埋地后數(shù)據(jù)線不會因為受力過大導致數(shù)據(jù)傳輸失敗。在延長線過程中，先用點焊機將對應的數(shù)據(jù)線以及屏蔽線焊接連接，然后用塑料管套在上面，采用高溫吹風機使其緊緊套在線上，再采用PVC管套在塑料管上，PVC管道兩邊采用防水乳膠進行填充，連接完畢后，第2次用萬用表對每個應變片連接線的正確性進行檢查，防止因為路線連接錯誤導致數(shù)據(jù)傳輸失敗。

管道下溝與回填

將管道敷設在預設開挖坑中，開挖坑長度大于管道長度1m以上，寬度大于管道直徑0.5m以上，深度為實際工況管道埋深。將每一截面共4片應變片的數(shù)據(jù)線利用膠帶捆綁為一組，然后將每組應變片的數(shù)據(jù)傳輸線連接至數(shù)據(jù)采集器上，并在數(shù)據(jù)傳輸線和儀器上標明所連接應變片的截面和方位信息。

利用細土對管道進行回填，待管道被細土覆蓋后，采用普通濕土對開挖坑繼續(xù)回填，回填完畢后，采用壓路機夯實土壤，土壤自然沉降3d后進行實驗。

調(diào)試應力應變測試系統(tǒng)

操作人員檢查儀器連接是否正確，儀器插入屏蔽底線，儀器正常工作，利用標準應變片測試儀器數(shù)據(jù)準確性，應力應變儀測試數(shù)據(jù)波動范圍應在3με以內(nèi)。

試驗系統(tǒng)應用

車輛碾壓下埋地管道應力測試實驗包括管道加壓過程管道應力測試以及車輛碾壓過程管道應力測試。車輛碾壓時，埋地管道總應變?yōu)閮?nèi)壓引起的管道應變與車輛碾壓時管道應變之和。管道加壓過程管道應變測試中，實驗人員打開動態(tài)應變儀，待測試數(shù)據(jù)波動范圍在3με內(nèi)，開啟空氣壓縮機對管道進行充壓。充壓完畢后，停止數(shù)據(jù)采集，記錄管道應變數(shù)據(jù)并保存。管道內(nèi)壓從0MPa加壓到1MPa，管道8個應力監(jiān)測點的應變情況如圖1，8個監(jiān)測點的管道應變值隨著內(nèi)壓升高而增加，加壓完畢后8個監(jiān)測點的最大應變值為32.5με。

圖1充壓時管道應變數(shù)據(jù)

車輛碾壓過程管道應變測試中，實驗人員打開動態(tài)應變儀，待測試數(shù)據(jù)波動范圍正常后，由實驗人員指揮車輛按照規(guī)定路線對管道進行碾壓，車輛行駛至終點后，實驗人員停止數(shù)據(jù)采集，記錄碾壓時管道產(chǎn)生的應變數(shù)據(jù)并保存。車輛自重10t，管道內(nèi)壓1MPa，車輛碾壓時管道應變數(shù)據(jù)如圖2，管道應變數(shù)據(jù)出現(xiàn)2次波峰，分別代表車輛前輪和車輛后輪行駛到管道上方時管道應變增大。車輛完全經(jīng)過管道后，管道應變恢復到原狀。

圖2 車輛碾壓管道應變數(shù)據(jù)

結(jié)論

以上實驗證明動態(tài)應變儀可以實現(xiàn)管道充壓過程和車輛碾壓過程中管道應變信號的采集、上傳，并能在終端客戶端實時顯示管道應變狀態(tài)。