冻结管力学性能实验研究

李 昱，杨媛鹏，陈守涛

（安徽矿业职业技术学院，淮北 235000）

1 实验内容

实验主要对冻结钢管来样在低温（低于－32℃）条件下的变形和承载能力进行测试。

2 试件加工及实验方法

实验管材有型号为ø140×6mm、ø159×6mm、ø159×7mm的冻结钢管共9根，其中有对接6根，无接头3根。冻结管焊接接头位于中部，两节管材接头端各倒角45度焊接。为了装载测试传感器，对来样中部焊缝、焊缝两边相距200mm位置各加工一块焊接钢片。钢管整体抗弯变形与承载能力测试按照国标执行，所用的试件按国标加工。

整体抗弯变形与承载能力实验在1 000kN万能材料实验机上进行，冻结管的长度为1 000mm，跨距为900mm，万能机上的支承座为简支梁的支点，采用集中加载，集中荷载作用于跨中，每个试件安设3个电阻式位移传感器，粘贴二片电阻应变片。低温条件用液氮汽化获得，为了控制温度，在管材中间的腰线部位设有两个热电偶传感器，监控试件温度，为使温度均匀，先将液氮徐徐倒入冻结管中，待温度均匀后，开始加载，测点布置见图1。实验过程中采用日产TDS—303型多功能测试仪对位移和应变同时进行监测。

加载方式为100kN之间以20kN分级加载，100～200kN之间以10kN分级加载，200kN以后以5 kN分级加载至屈服。

3 实验结果分析

3.1 冻结管的承载能力

在简支、跨距900mm、低温条件下，冻结管发生屈服时的最大承载力及平均值如表1所示。

由表1可知，来样中两种类型冻结管及焊接接头实验强度离散性较小，表明所检试件焊缝质量可靠。在相同低温条件下，有焊缝等厚管壁焊接冻结管的承载力大于无焊缝等厚接头冻结管承载力。

表1 低温下冻结管最大承载力实验结果

3.2 冻结管的挠度

在简支、跨距900mm、低温条件下，冻结管屈服时的跨中挠度实验结果如表2所示。

表2 低温下冻结管屈服时跨中挠度实验结果

表2中的实验结果显示：在相同低温条件下，有焊缝等厚管壁焊接冻结管屈服时的平均跨中挠度为76.0mm；无焊缝等厚管壁冻结管屈服时的平均跨中挠度为78.0mm。表明低温下冻结管屈服时，无焊缝的冻结管试件跨中挠度越大，其受弯曲后可变形性能越好。

各冻结管所受外荷载与试件中部应变、位移及试件两侧200mm处位移的关系曲线分别见图2～图9所示。

由图2～图9可知，冻结管在加载过程中出现较明显的屈服卸载过程，各试件屈服变形后，跨中挠度与跨度之比达到4.5%～9.5%时，所有实验管材均未发现焊缝开裂现象，冻结管强度可靠。

4 结 论

a.来样中两种类型冻结管，焊接接头实验强度离散性较小，表明所检试件焊缝质量可靠。在相同低温条件下，有焊缝等厚管壁焊接冻结管的承载力大于无焊缝等厚管壁焊接冻结管承载力。

b.在相同低温条件下，有焊缝等厚管壁焊接冻结管屈服时的平均跨中挠度为76.0mm；无焊缝等厚管壁冻结管屈服时的平均跨中挠度为78.0mm。表明低温下冻结管屈服时，无焊缝的冻结管试件跨中挠度越大，其受弯曲后可变形性能越好。

c.冻结管在加载过程中出现较明显的屈服卸载过程，各试件屈服变形后，跨中挠度与跨度之比达到4.5%～9.5%时，所有实验管材均未发现焊缝开裂现象，表明冻结管强度可靠。

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