一种管道变形监测试验装置的制作方法

1.本发明属于试验设备技术领域，具体涉及一种管道变形监测试验装置。


背景技术：

2.分布式光纤传感监测技术是近年来兴起的一项新型监测技术，具有很高的测量精度和空间分辨率，它被成功应用于实际工程领域，并得到快速发展。
3.管道在外部荷载的作用下，会出现挠度变形，严重时可能会导致管道破坏。为了在实际工程中使用光纤来监测管道的挠度变形情况，需要建立光纤应变和管道挠度之间的关系。目前主要有两种方式实现光纤应变-结构位移的转换，一种是进行复杂变形条件下传感光缆变形响应的试验，标定两者之间的关系，另一种是利用力学方法和机器学习方法，实现光纤应变到结构位移的转换。而管道常用于输水工程当中，在受到外力荷载的作用下，容易发生较大变形而影响结构稳定性。而管道往往埋置在土体当中，多材料组成的管道结构相对复杂，难以用普通力学方法或标定法实现光纤应变-管道挠度的转换，故考虑使用机器学习方法建立光纤应变-管道挠度转换方法。
4.为了验证使用机器学习方法建立光纤应变-管道挠度的可行性和准确性，应进行模拟埋地管道变形的室内模型试验。而传统的试验装置通常是使用pvc管埋置在土体中，直接在土体上方加载模拟荷载，用布置在pvc管表面的应变传感光纤测量管道应变。这种试验方法虽然操作较为简单，但难以精确控制加载大小，且受到周围土体的影响，难以测量管道挠度。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种管道变形监测试验装置，能够精确模拟地基外部加载的大小，同时测量管道各位置的挠度。
6.本发明所采用的技术方案是，一种管道变形监测试验装置，包括支撑架，支撑架包括水平设置的第一横杆和第二横杆，第一横杆和第二横杆之间固接有固定框，两个固定框之间设置有pvc管，pvc管的两端均通过管道支墩模拟机构固接于固定框的内壁，第一横杆和第二横杆均固接有若干地基沉降模拟机构，每个地基沉降模拟机构均与pvc管的管身卡接；
7.还包括应变传感光纤，应变传感光纤沿pvc管的长度方向固接于pvc管的侧壁上，应变传感光纤的一端连接有光频域反射仪。
8.本发明的特点还在于：
9.管道支墩模拟机构包括固定杆，固定杆的一端固接于固定框的内壁，固定杆的另一端穿过pvc管的管身；
10.还包括两个第二侧固定螺母，两个第二侧固定螺母套接于固定杆上，两个第二侧固定螺母分别设置于pvc管的两侧。
11.地基沉降模拟机构包括位移杆，每个位移杆分别从第一横杆和第二横杆穿过，位
移杆的杆身套接有第一侧固定螺母，位移杆的端部固接有弹簧，弹簧远离位移杆的一端固接有卡接单元。
12.卡接单元包括压力传导钳，压力传导钳的横截面设置为弧形结构，压力传导钳卡接在pvc管的外壁，压力传导钳的背弧面固接有连接板，连接板远离压力传导钳的一侧固接有连接柱，连接柱与弹簧的端部固接。
13.位移杆设置为中空结构，弹簧设置于位移杆的内部，弹簧与位移杆同轴设置，弹簧的长度不小于位移杆的长度。
14.位移杆的杆身沿其长度方向设置有刻度。
15.第二横杆上固接有若干百分表支座，百分表支座与位移杆间隔设置，百分表支座上固接有百分表，百分表的探针与pvc管的外壁接触。
16.第二横杆的两端均固接有支撑腿，两个支撑腿之间固接有第三横杆。
17.固定框的个数设置为3个，三个固定框均匀固接于第一横杆和第二横杆之间，固定框设置为圆形结构。
18.本发明的有益效果如下：
19.(1)本发明一种管道变形监测试验装置，解决了使用土体进行管道试验时管道的位移测量困难问题，可直接用布置在管道表面的百分表测量管道位移，且管道变形状态可以直接观察，保证试验结果准确性；
20.(2)本发明一种管道变形监测试验装置具有操作简单直观的优点，通过上下移动不同位置的位移杆来定量定点控制地基沉降的大小和位置；
21.(3)本发明一种管道变形监测试验装置地基沉降模拟机构采用可替换弹簧式结构，可以兼容一定范围大小尺寸的弹簧，通过替换不同弹性系数的弹簧，有效模拟不同土体的地基沉降工况；
22.(4)本发明一种管道变形监测试验装置中的位移杆采用中空内置弹簧导轨结构，既有效控制弹簧伸缩变形方向，又有效节约空间。
附图说明
23.图1是本发明一种管道变形监测试验装置的结构示意图；
24.图2是本发明一种管道变形监测试验装置中管道支墩模拟机构的结构示意图；
25.图3是本发明一种管道变形监测试验装置中地基沉降模拟机构的结构示意图。
26.图中，1.支撑架，1-1.第一横杆，1-2.第二横杆，1-3.固定框，1-4.支撑腿，1-5.第三横杆，2.位移杆，3.弹簧，4.压力传导钳，4-1.连接板，4-2.连接柱，5.第一侧固定螺母，6.固定杆，6-1.第二侧固定螺母，7.pvc管，8.百分表，9.百分表支座，10.应变传感光纤，11.光频域反射仪。
具体实施方式
27.下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
28.本发明一种管道变形监测试验装置，如图1所示，一种管道变形监测试验装置，包括支撑架1，支撑架1包括水平设置的第一横杆1-1和第二横杆1-2，第一横杆1-1和第二横杆1-2之间固接有固定框1-3，两个固定框1-3之间设置有pvc管7，pvc管7的两端通过管道支墩
模拟机构固接于固定框1-3的内壁，第一横杆1-1和第二横杆1-2均固接有若干地基沉降模拟机构，每个地基沉降模拟机构均与pvc管7的管身卡接，地基沉降模拟机构提供垂直的荷载均匀施加在pvc管7的表面，模拟埋地管道的上方荷载。
29.还包括应变传感光纤10，应变传感光纤10沿pvc管7的长度方向固接于pvc管7的侧壁上，应变传感光纤10的一端连接有光频域反射仪11，用于测量管道的应变。
30.第二横杆1-2上固接有若干百分表支座9，百分表支座9与位移杆2间隔设置，百分表支座9上固接有百分表8，百分表8的探针与pvc管7的外壁接触，当pvc管7发生形变时，对应形变位置的百分表8实时记录pvc管的挠度。
31.第二横杆1-2的两端均固接有支撑腿1-4，用于支撑整个装置，两个支撑腿1-4之间固接有第三横杆1-5。
32.固定框1-3的个数设置为3个，三个固定框1-3均匀固接于第一横杆1-1和第二横杆1-2之间，固定框1-3设置为圆形结构，其中两个固定框1-3设置于第一横杆1-1和第二横杆1-2的两端，另一个固定框1-3设置于第一横杆1-1和第二横杆1-2中部，对第一横杆1-1和第二横杆1-2起到支撑作用。
33.如图2所示，管道支墩模拟机构包括固定杆6，固定杆6的一端固接于固定框1-3的内壁，固定杆6的另一端穿过pvc管7的管身；
34.还包括两个第二侧固定螺母6-1，两个第二侧固定螺母6-1套接于固定杆6上，两个第二侧固定螺母6-1分别设置于pvc管7的两侧，用于固定pvc管7，以模拟管道支墩对管道两端的固定作用。
35.如图3所示，地基沉降模拟机构包括位移杆2，每个位移杆2分别从第一横杆1-1和第二横杆1-2穿过，位移杆2的杆身套接有第一侧固定螺母5，位移杆2的端部固接有弹簧3，弹簧3远离位移杆2的一端固接有卡接单元，第一侧固定螺母5将位移杆2与第一横杆1-1或第二横杆1-2固定。
36.卡接单元包括压力传导钳4，压力传导钳4的横截面设置为弧形结构，压力传导钳4卡接在pvc管7的外壁，压力传导钳4的背弧面固接有连接板4-1，连接板4-1远离压力传导钳4的一侧固接有连接柱4-2，连接柱4-2与弹簧3的端部固接，压力传导钳4的横截面设置为弧形，是为了与pvc管7的外壁更加贴合，根据实际试验需求，松开一个或多个地基沉降模拟机构的第一侧固定螺母，推动位移杆2，弹簧3受压后收缩至位移杆2内，同时对pvc管7挤压，pvc管7受压后变形，百分表8测量pvc管7的挠度变形。
37.位移杆2设置为中空结构，弹簧3设置于位移杆2的内部，弹簧3与位移杆2同轴设置，弹簧3的长度不小于位移杆2的长度，位移杆2对弹簧3起到导向的作用，弹簧3受压后收缩至位移杆2内，保证弹簧3不会发生水平方向的移动，位移杆2的杆身沿其长度方向设置有刻度，可测量位移杆2施加荷载后的位移大小。
38.本发明一种管道变形监测试验装置，其工作原理如下：
39.将装置安装完毕后，打开光频域反射仪11，首先测量并保存pvc管7初始的应变曲线作为参考，同时记录每个百分表8的测值，然后根据实际试验需求来模拟不同工况(按压上方位移杆2模拟上覆荷载，下拉下方位移杆2模拟地基沉降)，松开第一侧固定螺母5，挤压位移杆2，位移杆2上的刻度记录其位移量，弹簧3受力后收缩至位移杆2内，保证不会在水平方向产生形变，同时pvc管7受力产生形变，光频域反射仪11和pvc管7下方对应位置的百分
表记录不同工况下的光纤应变曲线和百分表测值，在研究光纤应变与管道挠度的转换关系时，重复不同的工况，得到足够多的工况数据用于训练神经网络，可获得两者之间的转换模型。
40.本发明一种管道变形监测试验装置，能控制管道不同位置的地基加载大小，测量管道相应的应变、挠度，从而获得精确且丰富的试验结果。