[发明专利]一种模拟深水环境下管道均布荷载的试验方法

说明书

本发明提供一种模拟深水环境下管道均布荷载的试验方法，包括：将试验管件放入带有液压装置的高压舱体内，试验管件通过弹簧组与液压装置连接，弹簧组中各弹簧的刚度由中间向两侧逐级递减，呈三角形荷载分布，在高压舱体外安装有采集内部各传感器信息和控制液压装置的控制系统；向高压舱体内注入预定压力的水后，启动液压装置对弹簧组施压后使压力均匀分配到试验管件上，继续对高压舱体内进行注水加压，直至达到试验预设值或试验管件破坏；在试验过程中由控制系统控制试验进程，在达到试验目的后，排空高压舱体内的水并取出试验管件，完成整个试验。本发明可以对试验管件施加多种均布载荷，由此获取与实际情况相同的真实试验数据。

技术领域

本发明涉及深海油管架设领域，特别是涉及一种模拟深水环境下管道均布荷载的试验方法。

背景技术

海底滑坡是一种对管海底道等海上设施造成严重破坏的巨大变形和动力过程。研究海底滑坡的大变形过程以及滑坡与海底管线的相互作用对实际工程的安全设计具有十分重要的意义。目前关于海底滑坡与管道相互作用的研究都是采用定性分析，滑体通常具有恒定体积、假定滑动面和初始滑动速度，在不考虑由土壤性质自然变异引起的滑坡的不确定性时，在大部分研究中，管土相互作用均被简化为管道的局部荷载作用。然而在试验室有限的空间内很难模拟管道受土体颗粒冲击的过程，因而限制了这方面的研究，致使研究难度增大，研究结果得不到很好的验证。

此外，在极端环境中垂直平面运动较大时，可能会产生高结构应力，动态屈曲和累积疲劳损伤，此时平台的大的俯仰运动会直接传递给连接的立管，并引起与海床的直接相互作用；特别是当立管高速向下移动时，可能会引起较大的负拉力，从而可能导致触地点附近出现局部动态屈曲，此状态一旦发生，可能会导致不可接受的大应力以及永久性结构损坏；即使最大应力未达到材料的屈服应力，频繁施加的高应力范围也会导致明显的疲劳损伤累积。

目前在针对立管触地段的研究中，因为很难使用全尺寸的管道进行均布荷载的试验，因此大部分的研究只能集中于土体变形及沟槽的形成过程。如果要进行全尺寸的触地段疲劳试验，需要百米以上的试验场地，不仅占用空间大，而且容易受到周围环境的干扰。若采用缩尺比管件进行试验，则试验结果可信度不高，工程实际中无法使用。因此采用局部荷载加载的方式模拟海底管道触地点受到的土壤局部荷载的作用，不仅能缩短试验管件长度，还能简化试验，降低成本，减少干扰增加试验精度。

现今国内外在海底管道受局部均布载荷作用的研究虽然已经开展，但还存在以下不足之处：

1.国内外管道局部作用加载装置一般只适用于单点加载或四点弯加载，无法实现管道局部的均布荷载加载，即现有装置主要作用于管道上的一点，但疲劳破坏及压溃失效位置多位于加载位置，这样就无法获取应力集中造成的影响。

2.测试管件一般为缩尺比管件。因为大尺寸的管件不容易施加均布荷载且具有极高的危险性，对缩尺比管件施加荷载，存在尺寸效应，试验结果的精度得不到保障。

3.国内已有试验装置主要用于模拟陆上常压下管道与土体之间的相互作用，作用力类型有限，作用方式单一。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够真实模拟实际深水环境下管道均布荷载的试验方法。

具体地，本发明提供一种模拟深水环境下管道均布荷载的试验方法，包括如下步骤：

步骤100，利用一个可注水的高压舱体，将试验管件放入高压舱体内，并将试验管件的两端通过万向座与高压舱体的两端活动舱门连接，在高压舱体的上方安装有利用液压杆伸入高压舱体内的液压装置，液压杆的端部安装有水平的位移传递板，位移传递板上并列安装有与试验管件中部接触的弹簧组，试验管件上沿轴向布置有多个获取试验管件变形信息的应变片；