球墨鑄鐵管道柔性接口軸向拉伸試驗研究

楊金城

（河南工業(yè)大學 土木建筑學院，河南 鄭州 450001）

發(fā)生地震等災害時，會使地下管線發(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，對管道進行軸向拉伸試驗對管道接口的破壞機理研究有很大的幫助。本文以管道膠圈接口軸向拉伸試驗為主要內(nèi)容，對試驗過程、試驗結果以及試驗過程中的問題進行了分析，對管道接口以及橡膠圈的破壞機理研究提供理論支持和技術支撐。

1 試驗

1.1 試驗內(nèi)容

通過萬能試驗機，將DN80，DN100，DN150三種管徑的管道分別進行拉伸試驗，記錄管道接口力和位移數(shù)據(jù)，將試驗數(shù)據(jù)進行分析，得出相關結論。

1.2 試驗過程

（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?shù)?，如果安裝不當，一方面可能會錯位，即膠圈沒有完全安裝在凹槽內(nèi)，這樣在安裝插口時就可能會發(fā)生膠圈的滑移現(xiàn)象，另一方面，安裝不恰當可能會損壞橡膠圈自身的構造或形狀，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系，越小的膠圈安裝越困難。安裝時，先把膠圈握成心形，即把膠圈的一部分向圓心方向擠壓，這樣膠圈整個的直徑相對減小，就可以很容易把其他部分先安裝進凹槽，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，嚴禁發(fā)生錯位等現(xiàn)象，這樣直至膠圈全部安裝在凹槽內(nèi)，并保證沒有凸出等不均勻地方。

（3）通過萬能試驗機將插口壓入承口。由于承口和插口之間沒有直接接觸，兩者通過橡膠圈連接成整體，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)生的應力可以通過膠圈與承插口之間的接觸摩擦力來平衡，管道受拉的過程就是拉力克服管體與橡膠圈之間摩擦力而滑動的過程，所以，在施加壓力的時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，避免壓力過大使膠圈發(fā)生撕裂等現(xiàn)象。采用試驗機加壓方式，可以確保施加壓力的速度為勻速，施力均勻，橡膠圈變形也相對均勻。把承口放在試驗機臺面上后，調(diào)整試驗機上夾頭上升，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出標志線以定位壓入深度，標志線距離插口端的距離為承口深度-10mm。用粉筆相應地從盤插管插口處每隔10mm畫上短線段，用以標記插口的下降距離和下降定位。當把盤插管放入盤承管后，由于盤插管的自重，其向下下降了一小段距離，剩下的距離需要通過壓力機壓入。壓力機的速度控制在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，將管子從試驗機上拿下，之后安裝上自制的拉力碳素結構鋼墊塊、螺桿和盲板。如圖1。

（5）控制萬能試驗機，將管道插口和承口分離拔出。此次試驗加載速度為5mm/min，從安裝好短管開始加載力直至承插口分離，實驗結束，如圖2。

圖1管道壓入

2 試驗結果與分析

圖3 不同管徑管道拉伸試驗力-位移曲線

將試驗測得的數(shù)據(jù)繪制成曲線，如圖3所示。從圖中可以看出，在開始10mm左右內(nèi)，力與位移大致成線性關系，力的增長比較快。在力達到最大值后開始下降，直到承插口完全脫離，實驗結束。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 結論

通過進行不同管徑球墨鑄鐵管道膠圈柔性接口的軸向拉伸試驗，根據(jù)試驗過程及試驗結果，得出以下結論：1）試驗結果與周圍諸多因素有關系，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，所選潤滑劑的類型等。2）對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)驗相符。3）潤滑劑對管道軸向拉伸試驗會產(chǎn)生不可忽略的影響，對于試驗的最大力值，無潤滑劑試驗要大于有潤滑劑的試驗，所以要選用可自動蒸發(fā)的潤滑劑，并且在插口插入承口后，要靜置足夠時間使?jié)櫥瑒┱舭l(fā)完畢，再進行拉伸試驗。