凍結管力學性能實驗研究

李 昱，楊媛鵬，陳守濤

（安徽礦業職業技術學院，淮北 235000）

1 實驗內容

實驗主要對凍結鋼管來樣在低溫（低于－32℃）條件下的變形和承載能力進行測試。

2 試件加工及實驗方法

實驗管材有型號為?140×6mm、?159×6mm、?159×7mm的凍結鋼管共9根，其中有對接6根，無接頭3根。凍結管焊接接頭位于中部，兩節管材接頭端各倒角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執行，所用的試件按國標加工。

整體抗彎變形與承載能力實驗在1 000kN萬能材料實驗機上進行，凍結管的長度為1 000mm，跨距為900mm，萬能機上的支承座為簡支梁的支點，采用集中加載，集中荷載作用于跨中，每個試件安設3個電阻式位移傳感器，粘貼二片電阻應變片。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有兩個熱電偶傳感器，監控試件溫度，為使溫度均勻，先將液氮徐徐倒入凍結管中，待溫度均勻后，開始加載，測點布置見圖1。實驗過程中采用日產TDS—303型多功能測試儀對位移和應變同時進行監測。

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 實驗結果分析

3.1 凍結管的承載能力

在簡支、跨距900mm、低溫條件下，凍結管發生屈服時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管及焊接接頭實驗強度離散性較小，表明所檢試件焊縫質量可靠。在相同低溫條件下，有焊縫等厚管壁焊接凍結管的承載力大于無焊縫等厚接頭凍結管承載力。

表1 低溫下凍結管最大承載力實驗結果

3.2 凍結管的撓度

在簡支、跨距900mm、低溫條件下，凍結管屈服時的跨中撓度實驗結果如表2所示。

表2 低溫下凍結管屈服時跨中撓度實驗結果

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

各凍結管所受外荷載與試件中部應變、位移及試件兩側200mm處位移的關系曲線分別見圖2～圖9所示。

由圖2～圖9可知，凍結管在加載過程中出現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到4.5%～9.5%時，所有實驗管材均未發現焊縫開裂現象，凍結管強度可靠。

4 結 論

a.來樣中兩種類型凍結管，焊接接頭實驗強度離散性較小，表明所檢試件焊縫質量可靠。在相同低溫條件下，有焊縫等厚管壁焊接凍結管的承載力大于無焊縫等厚管壁焊接凍結管承載力。

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

c.凍結管在加載過程中出現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到4.5%～9.5%時，所有實驗管材均未發現焊縫開裂現象，表明凍結管強度可靠。

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