酸性盐腐蚀球墨铸铁管连接件抗弯性能试验.pdf
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1、为了探究酸性氯盐腐蚀条件下的法兰连接球墨铸铁管受弯性能的变化规律,采用酸性 溶液对法兰连接球墨铸铁管通过干湿交替处理后进行受弯试验,对腐蚀试件的极限承载力、屈服弯矩和极限弯矩、应变等方面与标准件进行对比分析 结果表明:干湿循环腐蚀后,球墨铸铁管连接件极限弯矩与屈服弯矩的比值随着干湿循环次数的增多而变小,约在 之间;经 次的干湿循环腐蚀,球墨铸铁法兰管连接件的极限承载力下降了 经酸性氯盐干湿循环处理后的球墨铸铁管更容易在法兰盘与管体的连接处发生脆性破坏关键词:酸性氯盐;球墨铸铁管法兰连接;腐蚀;干湿交替;受弯;承载能力;屈服弯矩;应变中图分类号:文献标志码:文章编号:(),(,):,:;土壤腐蚀
2、已成为影响管道运输安全的重要因素 ,地下管线的土壤腐蚀主要受土壤中的化学成分、含水量两个因素的影响 在高盐度的干湿交替土壤中,地下管线中的金属构件所受腐蚀更为强烈 球墨铸铁管具有铁的本质、钢的性能,往往是供水管道的首选 ,因其管体本身通常会做防腐蚀处理,较少损坏,最常见的损坏部分是管道之间的连接部分 ,尤其是在含氯盐的土壤环境中,球墨铸铁管的连接部分更容易受到腐蚀 国内外学者对地下管线领域进行了大量的试验研究,提出了外部腐蚀条件下的管道屈曲承载力计算公式,证实了腐蚀深度是影响管道屈曲承载力的最主要因素;等 提出了一种计算埋地铸铁管外表面腐蚀和裂纹应力强度因子的方法 我国对该方面的研究起步相对较
3、晚,但也取得了一些重要成果 龚顺风等 利用有限元软件 模拟了外压作用下完好无损管道和腐蚀缺陷管道的准静态屈曲失稳过程,得到了钢管的压力 直径变化曲线和变形形态;蒋诚航 通过管道弯曲试验研究了埋地管道的应力分布特征 上述国内外研究主要针对管体本身,对管道连接处研究较少本文主要针对酸性氯盐腐蚀条件下,双法兰连接球墨铸铁短管的受弯性能进行试验研究 采用 为、质量分数为 的 溶液对试件进行干湿循环腐蚀处理,干湿交替时间比为 ,循环 、次后,使用 液压千斤顶进行弯曲试验,对其极限承载力、屈服强度、抗弯刚度和应变进行了对比分析,该结果对地下管道酸性腐蚀研究提供了一定的参考依据 试验设计 试件设计试验过程中
4、所有试样均采用工程中常用的球墨铸铁管,连接螺栓为普通 级 螺栓 试件由两根单管体长 的球墨铸铁管通过法兰连接组成,管体壁厚 ,外径为 ,试 件尺寸如图 所示(单位:)法兰盘厚 ,外径为 ,内径为 ,尺寸如图 所示(单位:)图 管件尺寸图 试验方法本文试验方法如下所示:)使用蒸馏水制备质量分数为 的 溶液,在 环境下用 试纸测量溶液 值,并通过添加稀盐酸将溶液 值调整为 图 法兰尺寸图 )将试件先浸泡在 溶液中,到达规定时间后,取出试样并将其悬挂在溶液上方,直至一个循环结束,每个循环为 ,其中浸泡时间为 ,悬空时间为 将所有试件分为 组,每组 个试件,其中 组作为标准试件,不经过干湿循环处理,其
5、他 组试件分别进行 、次连续循环处理,试件分组如表 所示表 球墨铸铁管试件分组 试件编号 溶液质量分数 值循环次数 )试件干湿循环处理结束后,使用稀硝酸清除试件上的腐蚀产物,最后使用清水清洗试件并吹干 加载装置试验采用三等分两点加载 所使用的测试装置有 拉力千斤顶、竖向反力架、承重车床和数据采集器,加载装置如图 所示图 加载装置 沈阳工业大学学报第 卷 测点布置本次试验共布置了 个应变片,个垂直位移 计 其中 个应变片位于法兰盘上,应变片 具体位置分布如图 所示 个应变片位于管体上,应变片 、位于管体根部与法兰连接位置,应变片 、位于距法兰盘 的管体上 个位移计分别位于试件两端以及中间法兰连接
6、处,如图 所示(单位:)图 法兰测点分布图 图 管身测点分布图 加载方案所有试件均分为两个阶段进行加载:)预加载,以 的速率将荷载持续增加至 ,保持加载 后,匀速将荷载卸载归零,并记录初始值 )正式加载,以 的速率均匀加载,每级荷载增量为 ,保持 稳定后,采集试件测点处的位移值,并加载下一阶段,直到试样损坏,之后匀速卸载归零 试验现象及破坏模态加载初期,标准试件与其他几组试件变形基本相同,均发生弯曲变形,其主要变形来自法兰接口处的橡胶垫圈被挤压变形随着荷载的增加,标准试件由于螺栓中螺帽的滑丝发出清脆的啪啪声,法兰盘上端出现明显的挤压变形;其他 组经过干湿循环处理的试件并未发出类似标准试件的啪啪
7、声,这是由于法兰盘上的螺栓锈蚀,不易发生滑丝,法兰盘下端的螺帽陷入法兰之中为了得到试件的极限承载力,继续加载,标准试件发生了与其他 组试件不同形式的破坏,如图 所示 标准试件 由于法兰盘下端螺帽崩开导致试件破坏,此时试件管体呈向下弯曲变形,双法兰盘下端完全分离 试件 、由于受酸性盐腐蚀,管壁变薄,与法兰盘连接处的管体下端出现断裂,试件发生破坏,此时试件管体呈向下弯曲变形,双法兰盘下端出现缝隙 试验结果分析 弯矩分析跨中弯矩计算公式为()式中:为跨中弯矩;为施加荷载;为试件长度 根据式()可以计算得到 组试件的跨中弯矩 位移曲线,如图 所示选取试件的屈服弯矩和极限弯矩的原则是:根据试件的弯矩 位
8、移曲线,如果有明显的拐点则为屈服弯矩;如果没有拐点,则采用双切线法确定 对于极限荷载,统一选择试验期间可加载的最大荷载值 试件的屈服弯矩和极限弯矩如表 所示 由表可以看出,干湿循环腐蚀后,球墨铸铁管连接件的极限弯矩与屈服弯矩的比值随着干湿循环次数的增多而变小,约在 之间 这是由于随着干湿循环次数的增加,腐蚀程度加深,管壁变薄加上螺栓的锈死使得极限弯矩比屈服弯矩下降较快 承载力及抗弯刚度分析图 为 组试件的极限承载力图 图 显示了随着干湿循环次数的增加试件极限承载能力的变化情况,可以看出标准试件的极限承载能力不是最大的,这是因为标准试件法兰盘下端螺帽崩开发生破坏,其他 组试件破坏发生在与法兰连接
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