[实用新型]模拟潜埋管缆受落物冲击效应的实验装置

说明书

本实用新型提供了一种模拟潜埋管缆受落物冲击效应的实验装置，由模拟水槽及土箱、船舶运动及落物抛放系统、管缆模型及测量系统、控制主机及同步器四部分组成，可以模拟运动状态的船舶紧急抛锚时对潜埋管缆的撞击过程，并对撞击瞬时过程进行捕捉，将产生的数据进行分析研究，采用光纤应变传感器及微型压力传感器，相较于传统方式不会影响管缆的外观尺寸、结构强度和力学性能，使得测试结果更准确更接近于现实，同时采用同步器将应变测量、撞击力测量、落物速度测量和土体测量仪器进行控制，实现各物理参数的同步测量和记录，有利于撞击过程及管缆损伤机理的揭示和分析。

技术领域

本实用新型主要涉及港口、海洋、交通工程领域，尤其涉及一种模拟潜埋管缆受落物冲击效应的实验装置。

背景技术

海底隧道、输油管道以及通信光缆等水下管缆结构是一类相似的海洋工程结构类型，在海上交通，海洋能源以及管线通信等领域都起到重要的作用。这类管缆结构通常埋设在海床表面以下一定深度的地方，上方有覆盖层进行保护。随着海上航运业的快速发展，港口覆盖的近海区域越来越大，船舶吨位也朝着大型化发展，海上船舶进出港的密集程度也大大提高，尤其当水下管缆结构不可避免穿越港口区域时，大型船舶紧急抛锚以及船舶集装箱滑落等情况，将极有可能对位于海床中的管缆结构形成冲击，造成水下管缆的损害，近些年来相关的事件屡有发生。这些管缆结构一旦损坏，对于交通、能源及通信方面将造成无法估算的损失。

因此，预测和研究船舶紧急抛锚以及落物对于海床中潜埋管缆的冲击效应，有利于管缆上部覆盖保护层的选型和设计，这对于水下潜埋管缆的安全运行和维护至关重要。由于海床土体性质的各向异性以及保护层材料的离散性，数值模型很难真实还原船舶应急抛锚对潜埋管缆的作用过程。因此，通过物理模型实验来模拟船舶紧急抛锚和落物对潜埋管缆的冲击过程，是一种有效而可靠的研究手段。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型提供了一种模拟潜埋管缆受落物冲击效应的实验装置，用于进行预测和研究潜埋管缆受落物冲击效应的实验，通过模拟实验装置模拟了落物对管缆撞击的瞬时状态，同时利用同步器对撞击瞬时的参数进行同步分析。

(二)技术方案

本实用新型提供了一种模拟潜埋管缆受落物冲击效应的实验装置，包括模拟水槽及土箱系统、船舶运动及落物抛放系统、管缆模型及测量系统以及在模拟水槽外部设置的控制主机及同步器，其中，

模拟水槽及土箱系统包括：波流水槽、模型土箱、水体、地基土体和覆盖层，用于模拟外部水动力条件、海床地基及覆盖层，其中地基土体铺设在模型土箱底部，放置管缆模型后用覆盖层覆盖，模型土箱下沉式设计于波流水槽底部中间段，表面高程与两侧波流水槽底部相平；

船舶运动及电磁落物抛放装置包括：导轨、水平滑动平台、驱动电机、电磁吸附装置和落物模型，用于模拟船舶的运动以及物体的抛放过程；

管缆模型及测量系统包括：管缆模型、光纤应变传感器、微型压力传感器以及在水槽外部垂直玻璃侧壁布置的高速摄像机，用于落物运动以及管缆的变形和受力的测量；

同步器连接光纤应变传感器、微型压力传感器以及高速相机进行同步控制，控制主机连接并控制同步器、水平滑动平台以及电磁落物抛放装置。

其中，管缆模型的材料采用钢或铝或PE、PVC；管缆模型内部填充配重。

其中，在管缆模型的环向表面的下端和两侧端分别布置有一道光纤应变传感器阵列，每道光纤应变传感器阵列在管缆模型表面轴向方向以间隔设置多个光纤应变传感器。

其中，采用热缩套管在光纤应变传感器阵列外侧进行封装保护。

其中，微型压力传感器设置在管缆模型环向表面的上端，采用嵌入式设计，使传感器探头与管壁表面持平。