非粘结柔性管的受限压溃试验研究

以往关于受限压溃试验主要针对的是内衬修护管的抗外压性能，属于外部抗弯刚度较大的约束情况，Aggarval和Cooper［1］在1984年对49个受限圆筒进行了外压试验，这些试件的φD在30～90，材料也各有不同，弹性模量在895.7～2 521.74 MPa变动。试验中，圆筒首先被插入一个钢管中，之后压力以大约预测失效值10%的增量施加在圆筒和钢管中间直到最终失效，发现试验结果比Timoshenko［2］计算结果大很多，而与Glock［3］结果非常接近。Lo等［4］于1993年对不同环氧树脂制成的受限圆筒屈曲压溃值进行了试验验证，试验试样外径相同但厚度不同，结果同样和Glock的计算值吻合较好。另外，1994年Guice等［5］对受限圆筒在静水外压下的长期效应进行了试验研究，包括五家公司的七个不同产品，同时也进行了短期试验，采用了图12.1的试验设备。将衬管置于钢管内，并在两管之间进行注水施压，要求管长至少为管道内直径的6倍，以消除端部影响，其所用试验试件均为12 in，φD在30～60，试验结果和理论结果吻合很好，并分析了长期压溃与材料黏弹性的关系。

图12.1　受限压溃液压试验系统［5］

图12.2　非粘结钢带缠绕增强热塑性管截面

相对而言，对于外部约束与内部刚度相差不大的情况，目前鲜有试验研究。为了验证解析分析和数值分析的适用性，本章将选用一种结构较简单的非粘结柔性管对其进行受限压溃试验。该管为非粘结钢带缠绕增强热塑性管（简称SSRTP），如第1章所述，其结构较典型非粘结柔性管简单，其截面如图12.2所示。一般来说，该管的主要组成部分如下：

（1）防止外来损伤的外层HDPE。

（2）偶数层的连续螺旋缠绕加强钢带层，主要为整管提供承载力，如图12.2所示包含了四层加强层。

（3）提供对于运输材料泄露防护和腐蚀抵抗的内层HDPE。另外，在钢带的最外层包裹着一层螺旋缠绕的纸质聚酯带（PET），主要起隔离防护作用。(www.xing528.com)

本章将采用两种型号的SSRTP进行试验研究，分别为T74管和T78管，表12.1和表12.2列出了两种管的HDPE层及钢带的几何参数。PET层的厚度与外层HDPE相比很小，为了简化，直接将PET的厚度归加到外层上。

表12.1　内外层HDPE几何参数

表12.2　钢带几何参数

需要说明的是，钢带层的螺旋缠绕方式为每两个加强层同向交错缠绕，如图12.3所示。对于T74管，只含有一种钢带Ⅰ，从内到外为四层、每层两根、先顺时针后逆时针均以54.7°螺旋缠绕的钢带层；T78管包含两种钢带Ⅱ、Ⅲ，从内到外依此为两层、每层一根、以顺时针73°缠绕的钢带层，四层、每层两根、先逆时针再顺时针54.7°缠绕的钢带层。

图12.3　剥去部分外护套的SSRTP

本章探讨了直接针对该非粘结柔性管整管的受限压溃研究方法，将得到的非粘结柔性管在静水外压下的受限压溃破坏形式和极限承载力与前述的拟合公式、理论公式及原型数值模拟结果进行对比，来验证前述研究的正确性；同时与非粘结柔性管在普通加压方式下的屈曲压力值进行对比，讨论不同加载方式对管道性能的影响。在接下来的研究中，将首先对两型号管道所用材料进行试验，得出相关特性参数，然后对该类非粘结柔性管进行外压下的受限压溃试验研究。