管道材料力学参数试验研究及结果分析

SSRTP中HDPE及钢带材料的力学性能测试方法与第2章材料的测试方法相同，其材料力学参数见表5.1。

表5.1　管道材料力学参数

两根总体长度1 800 mm、有效长度1 100 mm的管道作为研究内压爆破性能的试样，总体长度包含两端扣压式接头及在接头两端部焊接的端盖。加压介质为水，在一端的端盖上有注水孔和排气孔，通过注水孔往管体内部注满水之后，再将注水孔通过高压软管连接到压力机上，同时用螺栓堵住排气孔，具体示意如图5.1所示。

试验在室温条件下进行，测试之前管道被放至防爆水箱中调和24 h，并通过耐压软管连接至加压机器，试验过程中系统会自动记录压力与时间的关系并绘制成曲线。当听到“砰”一声巨响且压力曲线急速下降，则证明管道已经爆破，此时需手动关闭压力泵，结束试验后记录爆破点位置。一般情形下2英寸管道会在60 s内爆破。试验后的管道如图5.2所示。

图5.1　管道内压测试准备

图5.2　破坏后的管道(www.xing528.com)

由图可见，管道的爆破点位于管道中间部位或者稍微靠近接头的部位，因此可认为此次试验结果有效。爆破点呈隆起状态，内部钢带的撕裂方向基本垂直于缠绕方向。两根管道试样的压力-时间曲线如图5.3所示，由图可见两根试样的爆破压力大约为40 MPa（40.9 MPa/41.1 MPa）。其中试样A1的压力曲线更加陡直，在经历初始准备阶段后其以2 MPa/s的加载速率在22 s之内达到压力峰值，但是在最高点会有一小段波动。这种处在峰值阶段的波动可能是由于增强层中的钢带经历了从弹性应变到塑性应变的变化而产生。相较而言，试样A2的压力上升速度较慢，并且在压力到达峰值之后管道立刻被爆破，而没有经历压力平缓阶段。

由于钢带管增强层的缠绕工艺及非粘结属性，当管道受内压荷载作用时，从内至外各层增强层所承担的荷载会有所差异，由此可能造成管道整体的扭转现象。内压试验的主要目的除了确定管道的爆破压力之外，还需确定管道的扭转角度，从而据此调整增强层的缠绕角度，优化制造工艺。图5.4显示了一根专门用来测量爆破后管道扭转角度的样管，试验之前沿管道轴线方向画一条直线，试验之后以直线的一端为起点，沿管道轴线另画一条贯穿管道的直线，则两条直线之间的角度即为管道的扭转角。

图5.3　两根样管的时间-压力曲线

图5.4　确定爆破后管道的扭转角度

假设在旋转过程中管壁上的一点相对某一固定点旋转，通过测量该点的旋转弧长，管道的扭转角可由相关公式获得。