凍結(jié)管力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)研究

李 昱，楊媛鵬，陳守濤

（安徽礦業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，淮北 235000）

1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

實(shí)驗(yàn)主要對凍結(jié)鋼管來樣在低溫（低于－32℃）條件下的變形和承載能力進(jìn)行測試。

2 試件加工及實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)管材有型號為?140×6mm、?159×6mm、?159×7mm的凍結(jié)鋼管共9根，其中有對接6根，無接頭3根。凍結(jié)管焊接接頭位于中部，兩節(jié)管材接頭端各倒角45度焊接。為了裝載測試傳感器，對來樣中部焊縫、焊縫兩邊相距200mm位置各加工一塊焊接鋼片。鋼管整體抗彎變形與承載能力測試按照國標(biāo)執(zhí)行，所用的試件按國標(biāo)加工。

整體抗彎變形與承載能力實(shí)驗(yàn)在1 000kN萬能材料實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，凍結(jié)管的長度為1 000mm，跨距為900mm，萬能機(jī)上的支承座為簡支梁的支點(diǎn)，采用集中加載，集中荷載作用于跨中，每個(gè)試件安設(shè)3個(gè)電阻式位移傳感器，粘貼二片電阻應(yīng)變片。低溫條件用液氮汽化獲得，為了控制溫度，在管材中間的腰線部位設(shè)有兩個(gè)熱電偶傳感器，監(jiān)控試件溫度，為使溫度均勻，先將液氮徐徐倒入凍結(jié)管中，待溫度均勻后，開始加載，測點(diǎn)布置見圖1。實(shí)驗(yàn)過程中采用日產(chǎn)TDS—303型多功能測試儀對位移和應(yīng)變同時(shí)進(jìn)行監(jiān)測。

加載方式為100kN之間以20kN分級加載，100～200kN之間以10kN分級加載，200kN以后以5 kN分級加載至屈服。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 凍結(jié)管的承載能力

在簡支、跨距900mm、低溫條件下，凍結(jié)管發(fā)生屈服時(shí)的最大承載力及平均值如表1所示。

由表1可知，來樣中兩種類型凍結(jié)管及焊接接頭實(shí)驗(yàn)強(qiáng)度離散性較小，表明所檢試件焊縫質(zhì)量可靠。在相同低溫條件下，有焊縫等厚管壁焊接凍結(jié)管的承載力大于無焊縫等厚接頭凍結(jié)管承載力。

表1 低溫下凍結(jié)管最大承載力實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.2 凍結(jié)管的撓度

在簡支、跨距900mm、低溫條件下，凍結(jié)管屈服時(shí)的跨中撓度實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 低溫下凍結(jié)管屈服時(shí)跨中撓度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表2中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：在相同低溫條件下，有焊縫等厚管壁焊接凍結(jié)管屈服時(shí)的平均跨中撓度為76.0mm；無焊縫等厚管壁凍結(jié)管屈服時(shí)的平均跨中撓度為78.0mm。表明低溫下凍結(jié)管屈服時(shí)，無焊縫的凍結(jié)管試件跨中撓度越大，其受彎曲后可變形性能越好。

各凍結(jié)管所受外荷載與試件中部應(yīng)變、位移及試件兩側(cè)200mm處位移的關(guān)系曲線分別見圖2～圖9所示。

由圖2～圖9可知，凍結(jié)管在加載過程中出現(xiàn)較明顯的屈服卸載過程，各試件屈服變形后，跨中撓度與跨度之比達(dá)到4.5%～9.5%時(shí)，所有實(shí)驗(yàn)管材均未發(fā)現(xiàn)焊縫開裂現(xiàn)象，凍結(jié)管強(qiáng)度可靠。

4 結(jié) 論

a.來樣中兩種類型凍結(jié)管，焊接接頭實(shí)驗(yàn)強(qiáng)度離散性較小，表明所檢試件焊縫質(zhì)量可靠。在相同低溫條件下，有焊縫等厚管壁焊接凍結(jié)管的承載力大于無焊縫等厚管壁焊接凍結(jié)管承載力。

b.在相同低溫條件下，有焊縫等厚管壁焊接凍結(jié)管屈服時(shí)的平均跨中撓度為76.0mm；無焊縫等厚管壁凍結(jié)管屈服時(shí)的平均跨中撓度為78.0mm。表明低溫下凍結(jié)管屈服時(shí)，無焊縫的凍結(jié)管試件跨中撓度越大，其受彎曲后可變形性能越好。

c.凍結(jié)管在加載過程中出現(xiàn)較明顯的屈服卸載過程，各試件屈服變形后，跨中撓度與跨度之比達(dá)到4.5%～9.5%時(shí)，所有實(shí)驗(yàn)管材均未發(fā)現(xiàn)焊縫開裂現(xiàn)象，表明凍結(jié)管強(qiáng)度可靠。

［1］ 張玉玲.低溫對鋼材及其構(gòu)件性能影響研究綜述［J］.中國鐵道科學(xué)2003（4）：89－95.

［2］ 張宇本，傅菊根，周明榮，等.凍結(jié)管常溫和低溫力學(xué)性能的實(shí)驗(yàn)研究［J］.鋼結(jié)構(gòu)，2010（5）：23－26.

［3］ 張吉兆.凍結(jié)管常溫和低溫力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)研究［J］.煤炭技術(shù)，2008（12）：2－3.

［4］ 王正廷，孫 勇.新型內(nèi)襯管對焊接頭低碳鋼凍結(jié)管的研究與應(yīng)［J］建井技術(shù)2007（3）：22－23.