一种FRP智能管道支架及其实施方法与流程

本发明涉及石化管道技术领域，具体的是一种frp智能管道支架及其实施方法。

背景技术：

输气管道支座是一种对管道起到支撑、托举以及约束的作用的部件，是“西气东输”工程中主要设施之一。目前输气管道支座已发展成为石化管道的一种特有配套、延伸产品，已将其工厂化专业生产，得到了比较普遍的应用。

在隧道潮湿环境、水环境及腐蚀地区，管道支座的各个组成构件及连接螺栓通常采用钢构件制作，无论是普通碳钢还是不锈钢都存在着不同程度的腐蚀情况。即便采取额外增加牺牲阳极、粘弹体包覆等防腐措施，也不能从根本上杜绝锈蚀的发生。在山岭隧道、水域隧道等中的输气管道常因约束结构的钢构件生锈、螺栓腐蚀松动、失效，从而造成管道出现漂管、局部锈蚀等现象，存在泄气隐患。

在公开号为cn107448688a的专利文件中，公开了一种管道支座，该专利将管道放置于与底板上端相连接的支撑体上，通过调整底板相对于管道基础的位置实现对管道位置的调整。该发明专利的支撑体是混凝土结构，支座安装操作较为繁琐，且该支座不适用于隧道潮湿环境及水环境。

在公开号为cn204025924u的专利文件中，公开了一种管道支座，该支座包括上半圆箍、下半圆箍及t型支座，同过在管道支座上焊接下半圆箍，配合上半圆箍将管道与支座焊接固定在一起。该专利全部采用钢构件制作，极易发生钢构件生锈、螺栓腐蚀松动失效，不适用于隧道潮湿环境。

在公开号为cn109869529a的专利文件中，公开了一种用于固定石油管道的支座，该支座在底座的上端两侧对称垂直安装立板和活动垫块，在立板上设置预紧螺栓，通过转动活动垫块以及调节预紧螺栓来支撑和固定石油管道。该发明专利不适用于大型石油管道，且部分构件受力不合理、容易损坏，影响支座使用寿命。

综上所述，纤维增强复合材料（frp）可以很好地弥补这些缺陷。纤维增强复合材料（frp）是由增强纤维材料和基体材料按一定比例混合，经过缠绕、模压或拉挤等成型工艺而制成的高性能型材。因其具有耐腐蚀、高强度、质量轻、比模量大、比强度高、抗疲劳性好等优势，该材料在国内已经广泛应用在航空航天、模具加工、机械配件等多个行业。目前已有许多使用frp型材来代替钢材的建筑应用案例，但在输气管道及其管道约束方面尚未广泛推广应用。

技术实现要素：

为了解决输气管道支座的钢构件易于锈蚀而无法有效约束输气管道的缺陷，本发明提供了一种frp智能管道支架及其实施方法，将光纤光栅应变传感器埋入管道支架结构中，实现对frp智能管道支架工作性态的实时监测，达到预警的目的。

本发明采用的技术方案是，提供一种frp智能管道支架，包括管道约束连接构件、管道托架、第一底板连接构件、第二底板连接构件、轴向挡板以及底板，第一底板连接构件、第二底板连接构件和轴向挡板通过拼装组合固定在底板上，第一底板连接构件与约束管道约束连接构件相连接，第二底板连接构件与管道托架相连接来使管道固定。

本发明进一步改进在于：所述管道约束连接构件包括一个与管道曲率配合的u型板、“t”型凸板以及光纤光栅应变传感器。所述u型板的下端与所述“t”型凸板的上端通过环氧树脂粘结在一起。

本发明进一步改进在于：所述u型板中间预埋一条光纤光栅应变传感器，光纤光栅应变传感器的中心位于所述u型板的顶端，方向与管道横轴线方向相同；所述光纤光栅应变传感器的尾端在u型板的两侧平行竖板末端穿出，通过连接线与采集仪连接。

本发明进一步改进在于：所述第一底板连接构件呈“十字”型，包括上竖板、下竖板、翼板，设置平行于管道轴线方向的矩形凹槽以及设置在所述第一底板连接构件的上竖板上端的“t”型缺口。

本发明进一步改进在于：所述第二底板连接构件呈“十字”型，包括上竖板、下竖板以及翼板。所述第二底板连接构件的上竖板设置两处用于调节所述管道托架高度的滑槽；所述第二底板连接构件的下竖板沿管道轴线方向的长度小于所述第二底板连接构件的上竖板及翼板的长度；所述第二底板连接构件的沿管道轴线方向的长度小于所述第一底板连接构件的长度。

本发明进一步改进在于：所述管道托架包括一个与管道曲率配合的弧形板、相互平行的两块矩形板。所述矩形板上开有孔洞，孔洞的数量与位置与所述第二底板连接构件的上竖板的滑槽的数量与位置一一对应。

本发明进一步改进在于：所述底板是一块开孔矩形板，包括矩形板、第一下竖板安装孔、第二下竖板安装孔以及轴向挡板安装孔。所述第一竖板安装孔为矩形孔，尺寸与第一底板连接构件的下竖板相匹配。所述第二竖板安装孔为矩形孔，尺寸与第二底板连接构件的下竖板相匹配。所述轴向挡板安装孔为矩形孔，尺寸与矩形轴向挡板相匹配。

本发明进一步改进在于：所述第一底板连接构件的矩形凹槽的尺寸与矩形轴向挡板的尺寸相匹配，且贯穿第一底板连接构件两侧的翼板；所述第一底板连接构件的下竖板沿管道轴线方向的长度小于第一底板连接构件的两侧矩形凹槽的间距。

本发明进一步改进在于：所述管道约束连接构件与所述第一底板连接构件通过管道约束连接构件的“t”型凸板与第一底板连接构件的“t”型缺口相互嵌套，组装在一起，在拼接界面处使用环氧树脂粘结。

所述第二底板连接构件的上竖板的滑槽与所述管道托架的矩形板的孔洞之间穿过螺栓，用于连接第二底板连接构件和管道托架。

所述第一底板连接构件的下竖板与底板的第一下竖板安装孔匹配；所述第二底板连接构件的下竖板与底板的第二下竖板安装孔匹配；所述轴向挡板与底板的轴向挡板安装孔匹配。所述第一底板连接构件的下竖板与第一下竖板安装孔、所述第二底板连接构件的下竖板与第二下竖板安装孔及轴向挡板与轴向挡板安装孔的拼接界面处使用环氧树脂粘结。

本发明的进一步改进在于：所述管道约束连接构件、管道托架、第一底板连接构件、第二底板连接构件、轴向挡板以及底板均为采用纤维增强复合材料（fiberreinforcedpolymer，frp）制成的型材；所述螺栓为采用frp制成的螺栓。

一种frp智能管道支架的实施方法，包括以下步骤：

s1：将轴向挡板插入到底板的轴向挡板安装孔，把第二底板连接构件的下竖板插入到第二下竖板安装孔中，把第一底板连接构件的下竖板插入到第一下竖板安装孔以及轴向挡板中，使用环氧树脂粘结。

s2：将管道托架的矩形板的孔洞与第二底板连接构件的上竖板的滑槽一一对应，将螺栓穿过孔洞与滑槽，用螺帽拧紧连管道托架和接第二底板连接构件。

s3：将管道搁置在管道托架上方，并用千斤顶临时支撑。

s4：将连接好的管道约束连接构件放置在管道上方，使管道约束连接构件的“t”型凸板与第一底板连接构件的“t”型缺口组合拼接在一起，在拼接处用环氧树脂胶连接，待环氧树脂胶完全固化后，卸除千斤顶，使管道落在管道托架上。

s5：光纤光栅应变传感器穿出的尾端通过连接线与采集仪连接，形成智能监测系统。

有益效果

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1）使用纤维增强复合材料frp制作管道支架的全部组成构件以及配套的固定螺栓，克服了钢构件易于锈蚀、提前失效，无法有效约束输气管道的缺陷，在保证强度的同时，降低了管道支架维护成本、延长了管道支架及管道的使用寿命。

2）所述管道支架的各个构件之间主要通过拼接组合的方式进行连接，支架整体设计结构简单，可以实现迅速装配，操作安全、实用方便可靠性高。

3）管道支架各frp构件采用拉挤成型工艺，制作工艺简单，可以工厂预制模块化生产，成本降低。

4）由于光纤与frp材料具有天然的相容性，将光纤光栅应变传感器件埋入到frp材料约束结构中，可以形成光纤智能产品，实现对管道支座工作性态的实时监测，达到预警的目的。

5）对管道约束连接构件与管道托架施加预拉力，使其具有较高的夹紧力，使输气管道更稳定。

附图说明

图1是本发明所述的管道支架的立体结构示意图。

图2是管道约束连接构件的立体结构示意图。

图3是管道托架的立体结构示意图。

图4是第一底板连接构件的立体结构示意图。

图5是第二底板连接构件的立体结构示意图。

图6是底板的立体结构示意图。

附图标记列表：

1为管道约束连接构件，11为u型板，12为“t”凸板，13为光纤光栅应变传感器；2为管道托架，21为弧形板，22为矩形板，23为孔洞；3为第一底板连接构件，31为上竖板，32为下竖板，33为翼板，34为矩形凹槽，35为“t”型缺口；4为第二底板连接构件，41为上竖板,42为下竖板，43为翼板，44为调节滑槽；5为轴向挡板；6为底板，61为矩形板，62为第一下竖板安装孔，63为第二下竖板安装孔，64为轴向挡板安装孔；7为螺栓。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

参见图1，一种frp智能管道支架，具体包括管道约束连接构件1、管道托架2、第一底板连接构件3、第二底板连接构件4、轴向挡板5以及底板6，第一底板连接构件3、第二底板连接构件4、轴向挡板5及底板6通过拼装组合固定在底板6上，通过第一底板连接构件3上端与约束管道约束连接构件1的拼接连接以及第二底板连接构件4上端与管道托架2的螺栓7连接来使管道固定。

参见图2，管道约束连接构件1包括一个与管道曲率配合的u型板11、“t”型凸板以及光纤光栅应变传感器13；在u型板11两侧平行竖板的下端11与“t”型凸板12的上端通过环氧树脂粘结在一起。

其中，u型板11中间预埋一条光纤光栅应变传感器13，光纤光栅应变传感器13的中心位于u型板11的顶端，方向与管道横轴线方向1a相同；光纤光栅应变传感器13的尾端在u型板11的两侧平行竖板末端穿出；由于光纤与frp材料具有天然的相容性，将光纤光栅应变传感器件13埋入到frp材料管道约束连接构件1中，可以形成光纤智能产品，并将数个光纤光栅应变传感器13串接为1路，与采集仪连接，采集仪通过有线传输或无线传输至监测中心，实现对管道支架工作性态的实时监测，达到预警的目的。

参见图3，管道托架2是包括一个与管道曲率配合的弧形板21、相互平行的两块矩形板22。矩形板22上开有孔洞23，孔洞23的数量与位置与第二底板连接构件4的上竖板41的滑槽44的数量与位置一一对应。

参见图4，第一底板连接构件3呈“十字”型，包括上竖板31、上竖板32、翼板33，设置平行于管道轴线方向1b的矩形凹槽34以及在所述上竖板31上端的“t”型缺口35。“t”型缺口35由一个与“t”型凸板12相配的缺口及一个矩形缺口所组成，所述矩形缺口有利于方便管道约束连接构件1与第一底板连接构件3的拼接安装。矩形凹槽34的尺寸与矩形轴向挡板5的尺寸相匹配，且贯穿两侧翼板33；下竖板32沿管道轴线方向1b的长度小于两侧矩形凹槽34的间距。

参见图5，第二底板连接构件4呈“十字”型，包括上竖板41、下竖板42以及翼板43。上竖板41设置两处用于调节所述管道托架2高度的滑槽44；下竖板42沿管道轴线方向1b的长度小于所述上竖板41及翼板43的长度；第二底板连接构件4的沿管道轴线方向1b的长度小于所述第一底板连接构件3的长度。

参见图6，底板6是一块开孔矩形板，包括矩形板61、第一下竖板安装孔62、第二下竖板安装孔63以及轴向挡板安装孔64。第一竖板安装孔62为矩形孔，尺寸与下竖板32相匹配。第二竖板安装孔63为矩形孔，尺寸与下竖板42相匹配。轴向挡板安装孔64为矩形孔，尺寸与矩形轴向挡板5相匹配。

本实例在使用安装时，第一底板连接构件3的下竖板32与底板6的第一下竖板安装孔62匹配，第二底板连接构件4的下竖板42与底板6的第二下竖板安装孔63匹配；所述轴向挡板5与底板6的轴向挡板安装孔64匹配；下竖板32与第一下竖板安装孔62、下竖板42与第二下竖板安装孔63及轴向挡板5与轴向挡板安装孔64的拼接界面处使用环氧树脂粘结。

同时为了进一步使管道固定，第二底板连接构件4的上竖板41的滑槽44与管道托架2的矩形板22的孔洞23之间穿过螺栓7，使第二底板连接构件4和管道托架2相连接；管道约束连接构件1与第一底板连接构件3通过“t”型凸板12与“t”型缺口35相互嵌套，组装在一起，并在拼接界面处使用环氧树脂粘结。

管道约束连接构件1、管道托架2、第一底板连接构件3、第二底板连接构件4、轴向挡板5以及底板6均采用纤维增强复合材料frp型材，使用拉挤成型工艺制得，克服了钢构件易于锈蚀、提前失效，无法有效约束输气管道的缺陷；螺栓7为采用纤维增强复合材料frp制成的螺栓。

本实施的一种frp智能管道支架的实施方法，包括以下步骤：

s1：将轴向挡板5插入到底板的轴向挡板安装孔64，把第二底板连接构件4的下竖板42插入到第二下竖板安装孔63中，把第一底板连接构件3的下竖板32插入到第一下竖板安装孔62以及轴向挡板5中，使用环氧树脂粘结。

s2：将管道托架2的矩形板22的孔洞23与第二底板连接构件4的上竖板41的滑槽44一一对应，将螺栓7穿过孔洞23与滑槽44，用螺帽拧紧连管道托架2和接第二底板连接构件4。

s3：将管道搁置在管道托架2上方，并用千斤顶临时支撑。

s4：将连接好的管道约束连接构件1放置在管道上方，使管道约束连接构件1的“t”型凸板12与第一底板连接构件3的“t”型缺口35组合拼接在一起，在拼接处用环氧树脂胶连接，待环氧树脂胶完全固化后，卸除千斤顶，使管道落在管道托架2上。

s5：光纤光栅应变传感器13穿出的尾端通过连接线与采集仪连接，形成智能监测系统。

综上，本发明具有以下优势：

1）管道支架各构件均采用纤维增强复合材料frp型材，使用拉挤成型工艺制得，克服了钢构件易于锈蚀、提前失效，无法有效约束输气管道的缺陷，在保证强度的同时，降低了支座维护成本。

2）所述管道支架的各个构件之间主要通过拼接组合的方式进行连接，支架整体设计结构简单，可以实现迅速装配，操作安全、实

用，方便可靠性高。

3）管道支架各构件形式简单，可以工厂预制模块化生产，降低成本。

4）由于光纤与frp材料具有天然的相容性，将光纤光栅应变传感器件埋入到gfrp材料约束结构中，可以形成光纤智能产品，实现对管道支座工作性态的实时监测，达到预警的目的。

5）对管道约束连接构件与管道托架施加预拉力，使其具有一定的夹紧力，使输气管道更稳定。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。