球墨鑄鐵管道柔性接口軸向拉伸試驗(yàn)研究

楊金城

（河南工業(yè)大學(xué) 土木建筑學(xué)院，河南 鄭州 450001）

發(fā)生地震等災(zāi)害時(shí)，會(huì)使地下管線發(fā)生各種各樣的破壞，包括接口破壞，管體自身破壞和連接處破壞等，而在這些破壞中接口破壞占了很大的比例。因此，對(duì)管道進(jìn)行軸向拉伸試驗(yàn)對(duì)管道接口的破壞機(jī)理研究有很大的幫助。本文以管道膠圈接口軸向拉伸試驗(yàn)為主要內(nèi)容，對(duì)試驗(yàn)過(guò)程、試驗(yàn)結(jié)果以及試驗(yàn)過(guò)程中的問(wèn)題進(jìn)行了分析，對(duì)管道接口以及橡膠圈的破壞機(jī)理研究提供理論支持和技術(shù)支撐。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)內(nèi)容

通過(guò)萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，將DN80，DN100，DN150三種管徑的管道分別進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，記錄管道接口力和位移數(shù)據(jù)，將試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出相關(guān)結(jié)論。

1.2 試驗(yàn)過(guò)程

（1）將承口凹槽、插口的表面及橡膠圈清理干凈。

（2）安裝橡膠圈。把清理好的膠圈安裝在承口的凹槽內(nèi)。承口的凹槽空間和膠圈的大小是相當(dāng)?shù)模绻惭b不當(dāng)，一方面可能會(huì)錯(cuò)位，即膠圈沒(méi)有完全安裝在凹槽內(nèi)，這樣在安裝插口時(shí)就可能會(huì)發(fā)生膠圈的滑移現(xiàn)象，另一方面，安裝不恰當(dāng)可能會(huì)損壞橡膠圈自身的構(gòu)造或形狀，造成橡膠圈失效等后果。膠圈的安裝難易程度與其大小有關(guān)系，越小的膠圈安裝越困難。安裝時(shí)，先把膠圈握成心形，即把膠圈的一部分向圓心方向擠壓，這樣膠圈整個(gè)的直徑相對(duì)減小，就可以很容易把其他部分先安裝進(jìn)凹槽，然后再把擠壓成心形那部分膠圈慢慢的壓入凹槽內(nèi)，一邊按還要一邊注意膠圈與凹槽的接觸，嚴(yán)禁發(fā)生錯(cuò)位等現(xiàn)象，這樣直至膠圈全部安裝在凹槽內(nèi)，并保證沒(méi)有凸出等不均勻地方。

（3）通過(guò)萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)將插口壓入承口。由于承口和插口之間沒(méi)有直接接觸，兩者通過(guò)橡膠圈連接成整體，膠圈受壓截面的尺寸大于承口和插口之間的縫隙，這樣通過(guò)安裝插口可以擠壓橡膠圈使其發(fā)生壓縮變形。膠圈變形產(chǎn)生的應(yīng)力可以通過(guò)膠圈與承插口之間的接觸摩擦力來(lái)平衡，管道受拉的過(guò)程就是拉力克服管體與橡膠圈之間摩擦力而滑動(dòng)的過(guò)程，所以，在施加壓力的時(shí)候要盡可能保證施加的力是軸向力，并且施加的力要盡量均勻。在施壓前先將橡膠圈表面及插口表面均勻涂抹肥皂水，減少插口與橡膠圈之間的摩擦力，避免壓力過(guò)大使膠圈發(fā)生撕裂等現(xiàn)象。采用試驗(yàn)機(jī)加壓方式，可以確保施加壓力的速度為勻速，施力均勻，橡膠圈變形也相對(duì)均勻。把承口放在試驗(yàn)機(jī)臺(tái)面上后，調(diào)整試驗(yàn)機(jī)上夾頭上升，留夠插口放入的空間，把插口放入承口中并保證其豎直。

安裝前要在插口端畫(huà)出標(biāo)志線以定位壓入深度，標(biāo)志線距離插口端的距離為承口深度-10mm。用粉筆相應(yīng)地從盤(pán)插管插口處每隔10mm畫(huà)上短線段，用以標(biāo)記插口的下降距離和下降定位。當(dāng)把盤(pán)插管放入盤(pán)承管后，由于盤(pán)插管的自重，其向下下降了一小段距離，剩下的距離需要通過(guò)壓力機(jī)壓入。壓力機(jī)的速度控制在5mm/min，較為緩慢地將插口壓入承口內(nèi)。

（4）卸掉壓力，待短管回彈完畢后，將管子從試驗(yàn)機(jī)上拿下，之后安裝上自制的拉力碳素結(jié)構(gòu)鋼墊塊、螺桿和盲板。如圖1。

（5）控制萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，將管道插口和承口分離拔出。此次試驗(yàn)加載速度為5mm/min，從安裝好短管開(kāi)始加載力直至承插口分離，實(shí)驗(yàn)結(jié)束，如圖2。

圖1管道壓入

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

圖3 不同管徑管道拉伸試驗(yàn)力-位移曲線

將試驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)繪制成曲線，如圖3所示。從圖中可以看出，在開(kāi)始10mm左右內(nèi)，力與位移大致成線性關(guān)系，力的增長(zhǎng)比較快。在力達(dá)到最大值后開(kāi)始下降，直到承插口完全脫離，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。DN80管徑的最大力為2.5kN。DN100管徑的最大力為3.4kN。DN150管徑的最大力為7.5kN。

3 結(jié)論

通過(guò)進(jìn)行不同管徑球墨鑄鐵管道膠圈柔性接口的軸向拉伸試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)過(guò)程及試驗(yàn)結(jié)果，得出以下結(jié)論：1）試驗(yàn)結(jié)果與周?chē)T多因素有關(guān)系，包括膠圈和插口表面是否清理干凈，插口插入是否傾斜，所用膠圈的質(zhì)量，所選潤(rùn)滑劑的類(lèi)型等。2）對(duì)于不同管徑的球墨鑄鐵管，管徑越大其能承受的軸向力也越大，抗震性能也越好，這與歷次震害的經(jīng)驗(yàn)相符。3）潤(rùn)滑劑對(duì)管道軸向拉伸試驗(yàn)會(huì)產(chǎn)生不可忽略的影響，對(duì)于試驗(yàn)的最大力值，無(wú)潤(rùn)滑劑試驗(yàn)要大于有潤(rùn)滑劑的試驗(yàn)，所以要選用可自動(dòng)蒸發(fā)的潤(rùn)滑劑，并且在插口插入承口后，要靜置足夠時(shí)間使?jié)櫥瑒┱舭l(fā)完畢，再進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。