CN109342177A - 一种全尺寸管道深海复杂海洋环境荷载联合加载试验系统 - Google Patents

Abstract

一种全尺寸管道深海复杂海洋环境荷载联合加载试验系统，属于海底管道安全评价试验技术领域。试验系统包括模块化布置的试验舱系统、龙门吊机构、高压水系统及电控液压油源，试验舱系统和龙门吊机构通过定向滑道布置于基座上，高压水系统和电控液压油源布置于侧方；在桁架支撑和龙门吊机构的下方设有轴力加载舱、弯矩加载舱和扭矩加载舱。该系统可实现单一荷载或荷载组合的加载，可准确模拟深海油气管道安装和运营的荷载条件。可实现深海海洋环境下油气管道荷载条件及边界条件模拟，具备力控制和位移控制两种加载方式，能够实现单一荷载或荷载组合的循环加载，可开展在位深海油气管道疲劳破坏试验，验证疲劳极限承载力，揭示疲劳破坏机理。

Description

一种全尺寸管道深海复杂海洋环境荷载联合加载试验系统

技术领域

本发明涉及一种全尺寸管道深海复杂海洋环境荷载联合加载试验系统，用于开展轴力、弯矩及扭矩联合作用下不同工作水深及内压环境下全尺寸油气管道失效模式及破坏机理研究，其属于海底管道安全评价试验技术领域。

背景技术

深海油气资源未来将在我国能源系统中占据重要地位，而深海油气管道作为深海油气资源开发的重要组成部分，发展安全可靠的储运技术将成为制约其开发利用的重要影响因素。

深海油气管道的主要特点为显著增加的设计壁厚和铺设长度，作为极限工作水深和超高内压作用下的超柔性体系，海床冲刷、强海流运动及由此产生的附加荷载（轴力、弯矩或扭矩）和管道变形等都将成为不同运营期深海油气管道安全的重大技术挑战。

因此，如何准确描述深海复杂海洋环境条件下油气管道工作环境及受力特性将成为得到其合理失效模式及可靠度判定指标的重要影响因素。目前，国内尚缺乏相关试验设备能够准确模拟深海油气管道所处工作环境及荷载条件，开展全尺寸管道承载力校核及安全评价。

发明内容

为弥补深海油气管道研究技术不足，本发明提供了一种全尺寸管道深海复杂海洋环境荷载联合加载试验系统，基于该系统可精确模拟深海油气管道工作环境（比如工作水深、管道内压等）及荷载条件（比如由海床冲刷或海流运动所产生的附加荷载和变形等），开展全尺寸深海管道承载力校核、失效模式及破坏机理研究。

本发明采用的技术方案是：一种全尺寸管道深海复杂海洋环境荷载联合加载试验系统，试验系统包括模块化布置的试验舱系统、龙门吊机构、高压水系统及电控液压油源,所述试验舱系统和龙门吊机构通过定向滑道布置于基座上，基座通过地脚螺栓固定于地基上；所述高压水系统和电控液压油源布置于试验舱系统的侧方；试验舱系统包含沿轴线方向布置的通过螺栓固定于基座上的三个桁架支撑和沿试验系统轴线方向布置的采用滑动支撑的两台龙门吊机构；在桁架支撑和龙门吊机构的下方设有分段功能化布置的轴力加载舱、弯矩加载舱和扭矩加载舱，所述高压水系统包含加压水箱和加压水泵；所述电控液压油源包含液压油源、加压油泵和电控柜。

所述轴力加载舱包括轴力加载舱封盖、布置于轴力加载舱左端的轴向液压作动器、布置于轴力加载舱内部的固定环、沿轴力加载舱内壁布置的固定环滑道、布置于轴力加载舱右端的轴力加载连接接口；轴力加载舱封盖通过一组第一紧固螺栓、密封垫圈紧固于轴力加载舱的左端口；轴向液压作动器通过一组第三紧固螺栓、密封垫圈固定于轴力加载舱封盖的外侧，轴向液压作动器传动轴贯穿轴力加载舱封盖并通过T型连接件和固定环与轴力加载连接接口相连，并在固定环与轴向液压作动器传动轴的连接位置布置第一压力传感器；固定环滑道通过第一螺栓固定于轴力加载舱封盖的内壁，并且在固定环滑道与试验舱内壁空隙填充隔振橡胶圈，轴力加载舱通过布置于底部的双向滑动支撑、定向滑道与基座相连。

所述弯矩加载舱包括弯矩加载舱第一分段、弯矩加载舱第二分段、布置于弯矩加载舱第一分段顶部的第一弯矩液压作动器、布置于弯矩加载舱第二分段顶部的第二弯矩液压作动器、沿弯矩加载舱底部内壁滑动的滑动承台和承台滑道；弯矩加载舱第一分段左端通过一组环向法兰、第二紧固螺栓与轴力加载舱右端固定连接，弯矩加载舱第一分段通过水平紧固螺栓与弯矩加载舱第二分段相连，在连接位置同时布置环向橡胶密封垫；第一弯矩液压作动器传动轴贯穿弯矩加载舱第一分段舱壁，并在贯穿位置舱壁的内外侧同时布置锁紧螺母，锁紧螺母与第一弯矩液压作动器传动轴之间的空隙布置刚性密封垫，第一弯矩液压作动器传动轴前端通过十字型连接件与第一弯矩加载连接接口相连，并在十字型连接件与第一弯矩加载连接接口的连接位置布置第二压力传感器；弯矩加载舱第二分段采用与弯矩加载舱第一分段相同的加载结构，第二弯矩液压作动器传动轴贯穿弯矩加载舱第二分段舱壁，并在贯穿位置舱壁的内外侧同时布置锁紧螺母，锁紧螺母与第二弯矩液压作动器传动轴之间空隙布置刚性密封垫，第二弯矩液压作动器传动轴前端通过十字型连接件与第二弯矩加载连接接口相连，并在十字型连接件与第二弯矩加载连接接口连接位置布置第二压力传感器。

在所述弯矩加载舱第一分段和弯矩加载舱第二分段内的底部布置滑道，滑道通过螺栓固定于弯矩加载舱的内底壁上，并沿滑道布置的高度调节滑动承台的位置。

所述扭矩加载舱包括扭矩加载舱封盖、扭矩液压作动器、扭矩加载连接接口和偏移位移传感器；扭矩加载舱封盖左端通过另一组第一紧固螺栓、密封垫圈紧固于扭矩加载舱右端端口；扭矩加载舱左端与弯矩加载舱第二分段右端采用另一组环向法兰和第二紧固螺栓相连，并在连接位置也布置环向橡胶密封垫；在扭矩加载舱右侧布置扭矩液压作动器，扭矩液压作动器包含竖向液压作动器、扭转力臂和扭转中轴；竖向液压作动器通过高强螺栓接头与扭转力臂进行铰接，并在竖向液压作动器与高强螺栓接头的连接位置布置第三压力传感器（5d）；扭转力臂通过滚动轴承与扭转中轴相连接。

所述扭矩液压作动器的扭转中轴贯穿扭矩加载舱封盖，在扭矩加载舱封盖贯穿位置的外侧与扭矩液压作动器之间的空隙布置环向锁紧螺母；扭矩液压作动器的扭转中轴前端通过第二螺栓与扭矩加载连接接口相连，并在连接位置布置偏移位移传感器，偏移位移传感器支座固定于扭矩加载舱底部。

所述扭矩加载舱通过定向滑动支撑、定向滑道与基座相连。

所述高压水系统包含布置于弯矩加载段的外水压加载系统和布置于扭矩加载段的内水压加载系统；外水压加载系统设有布置于弯矩加载舱底部的第一充水阀和第二充水阀；内水压加载系统包含布置扭矩加载舱封盖的第三充水阀和试验管道右法兰的第四充水阀。

本发明的有益效果是：

(1)全尺寸管道深海复杂海洋环境荷载联合模拟试验系统的各加载系统均独立设置，并采用电控系统控制加载，故基于该系统可实现任意单一荷载或荷载组合的加载，可准确模拟深海油气管道安装和运营等各阶段不同荷载条件。

(2)联合加载试验系统可实现深海海洋环境下油气管道荷载条件及边界条件精确模拟，可开展复杂荷载联合作用下深海完好和腐蚀油气管道承载力校核、失效模式及破坏机理试验研究。

(3)联合加载试验系统具备力控制和位移控制两种加载方式，能够实现单一荷载或荷载组合的循环加载，可开展在位深海油气管道疲劳破坏试验，验证疲劳极限承载力，揭示疲劳破坏机理。

附图说明

图1是一种全尺寸管道深海复杂海洋环境荷载联合加载试验系统布置图。

图2是模块化布置的试验舱系统图。

图3是轴力加载舱布置图。

图4是弯矩加载舱布置图。

图5是扭矩液压作动器图。

图6 是扭矩加载舱布置图。

图7 是试验管道右法兰图。

图中：1a、模块化布置的试验舱系统，1b、龙门吊机构，1c、高压水系统，1d、电控液压油源，1e、定向滑道，1f、基座，1g、地脚螺栓，1h、地基，1i、桁架支撑，2a、轴力加载舱，2b、弯矩加载舱，2c、扭矩加载舱，2d、第一紧固螺栓，2e、密封垫圈，2f、双向滑动支撑，2g、弯矩加载舱第一分段，2h、弯矩加载舱第二分段，2i、第一弯矩液压作动器，2j、第二弯矩液压作动器，2k、滑动承台，2l、承台滑道，2m、环向法兰，2n、第二紧固螺栓，2o、水平紧固螺栓，2p、环向橡胶密封垫，2q、第一充水阀，2r、扭矩加载舱封盖，2s、扭矩液压作动器，2t、扭矩加载连接接口，2u、偏移位移传感器，2v、定向滑动支撑，2w、第二充水阀，2x、试验管道，2y、第一排气阀，2z、第二排气阀，3a、轴力加载舱封盖，3b、轴向液压作动器，3c、固定环，3d、固定环滑道，3e、轴力加载连接接口，3f、第三紧固螺栓，3g、密封垫圈,3h、轴向液压作动器传动轴，3i、T型连接件，3j、第一压力传感器，3k、第一螺栓，3l、隔振橡胶圈,3m、高强螺栓，4a、第一弯矩液压作动器传动轴，4b、锁紧螺母，4c、刚性密封垫，4d、十字型连接件，4e、第一弯矩加载连接接口，4f、第二压力传感器，5a、竖向液压作动器，5b、扭转力臂，5c、高强螺栓接头，5d、第三压力传感器，5e、第三充水阀，5f、第三排气阀，6a、扭转中轴，6b、滚动轴承，6c、环向锁紧螺母，6d、第二螺栓，7a、第四充水阀，7b、第四排气阀。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细说明。

图1示出了一种全尺寸管道深海复杂海洋环境荷载联合加载试验系统布置图。这种全尺寸管道深海复杂海洋环境荷载联合加载试验系统，试验系统包括模块化布置的试验舱系统1a、龙门吊机构1b、高压水系统1c及电控液压油源1d。试验舱系统1a和龙门吊机构1b通过定向滑道1e布置于基座1f上，基座1f通过地脚螺栓1g固定于地基1h上。高压水系统1c和电控液压油源1d布置于试验舱系统的侧方。试验舱系统1a包含沿轴线方向布置的通过螺栓固定于基座1h上的三个桁架支撑1i和沿试验系统轴线方向布置的采用滑动支撑的两台龙门吊机构1b；在桁架支撑1i和龙门吊机构1b的下方设有分段功能化布置的轴力加载舱2a、弯矩加载舱2b和扭矩加载舱2c，所述高压水系统1c包含加压水箱和加压水泵。电控液压油源1d包含液压油源、加压油泵和电控柜。

图2、3所示，轴力加载舱2a包括轴力加载舱封盖3a、布置于轴力加载舱左端的轴向液压作动器3b、布置于轴力加载舱内部的固定环3c、沿轴力加载舱内壁布置的固定环滑道3d、布置于轴力加载舱右端的轴力加载连接接口3e。轴力加载舱封盖3a通过一组第一紧固螺栓2d、密封垫圈2e紧固于轴力加载舱2a的左端口。轴向液压作动器3b通过一组第三紧固螺栓3f、密封垫圈3g固定于轴力加载舱封盖3a的外侧，轴向液压作动器传动轴3h贯穿轴力加载舱封盖3a并通过T型连接件3i和固定环3c与轴力加载连接接口3e相连，并在固定环3c与轴向液压作动器传动轴3h的连接位置布置第一压力传感器3j。固定环滑道3d通过第一螺栓3k固定于轴力加载舱封盖3a的内壁，并且在固定环滑道3d与试验舱内壁空隙填充隔振橡胶圈3l，轴力加载舱2a通过布置于底部的双向滑动支撑2f、定向滑道1e与基座1f相连。

图2、4所示，弯矩加载舱2b包括弯矩加载舱第一分段2g、弯矩加载舱第二分段2h、布置于弯矩加载舱第一分段顶部的第一弯矩液压作动器2i、布置于弯矩加载舱第二分段顶部的第二弯矩液压作动器2j、沿弯矩加载舱底部内壁滑动的滑动承台2k和承台滑道2l。弯矩加载舱第一分段2g左端通过一组环向法兰2m、第二紧固螺栓2n与轴力加载舱右端固定连接，弯矩加载舱第一分段2g通过水平紧固螺栓2o与弯矩加载舱第二分段2h相连，在连接位置同时布置环向橡胶密封垫2p。第一弯矩液压作动器传动轴4a贯穿弯矩加载舱第一分段舱壁，并在贯穿位置舱壁的内外侧同时布置锁紧螺母4b，锁紧螺母4b与第一弯矩液压作动器传动轴4a之间的空隙布置刚性密封垫4c，第一弯矩液压作动器传动轴4a前端通过十字型连接件4d与第一弯矩加载连接接口4e相连，并在十字型连接件4d与第一弯矩加载连接接口4e的连接位置布置第二压力传感器4f。弯矩加载舱第二分段2h采用与弯矩加载舱第一分段2g相同的加载结构，第二弯矩液压作动器传动轴贯穿弯矩加载舱第二分段舱壁，并在贯穿位置舱壁的内外侧同时布置锁紧螺母，锁紧螺母与第二弯矩液压作动器传动轴之间空隙布置刚性密封垫，第二弯矩液压作动器传动轴前端通过十字型连接件与第二弯矩加载连接接口相连，并在十字型连接件与第二弯矩加载连接接口连接位置布置第二压力传感器。

在弯矩加载舱第一分段2g和弯矩加载舱第二分段2h内的底部布置滑道2l，滑道2l通过螺栓固定于弯矩加载舱2b的内底壁上，并沿滑道布置的高度调节滑动承台2k的位置。

图2、5、6所示，扭矩加载舱2c包括扭矩加载舱封盖2r、扭矩液压作动器2s、扭矩加载连接接口2t和偏移位移传感器2u。扭矩加载舱封盖2r左端通过另一组第一紧固螺栓2d、密封垫圈2e紧固于扭矩加载舱2c右端端口。扭矩加载舱2c左端与弯矩加载舱第二分段2h右端采用另一组环向法兰2m和第二紧固螺栓2n相连，并在连接位置也布置环向橡胶密封垫2p。在扭矩加载舱2c右侧布置扭矩液压作动器2s，扭矩液压作动器2s包含竖向液压作动器5a、扭转力臂5b和扭转中轴6a。竖向液压作动器5a通过高强螺栓接头5c与扭转力臂5b进行铰接，并在竖向液压作动器5a与高强螺栓接头5c的连接位置布置第三压力传感器5d。扭转力臂5b通过滚动轴承6b与扭转中轴6a相连接。扭矩液压作动器2s的扭转中轴6a贯穿扭矩加载舱封盖2r，在扭矩加载舱封盖贯穿位置的外侧与扭矩液压作动器2s之间的空隙布置环向锁紧螺母6c。扭矩液压作动器的扭转中轴6a前端通过第二螺栓6d与扭矩加载连接接口2t相连，并在连接位置布置偏移位移传感器2u，偏移位移传感器支座固定于扭矩加载舱底部。扭矩加载舱2c通过定向滑动支撑2v、定向滑道1e与基座1f相连。

图2、5、7所示，高压水系统包含布置于弯矩加载段的外水压加载系统和布置于扭矩加载段的内水压加载系统。外水压加载系统设有布置于弯矩加载舱底部的第一充水阀2q和第二充水阀2w；内水压加载系统包含布置扭矩加载舱封盖2r的第三充水阀5e和试验管道右法兰的第四充水阀7a。

采用上述的技术方案，进行试验的过程如下：

一、试验舱密闭性和外压加载系统检验

打开布置于弯矩加载舱顶部的第一排气阀2y和第二排气阀2z，通过布置于弯矩加验舱底部的第一充水阀2q和第二充水阀2w向试验舱内注水，并待试验舱完全充水后暂时关闭第一充水阀2q、第二充水阀2w、第一排气阀2y和第二排气阀2z。

将满水状态试验舱静置90分钟，通过布置于试验舱内部的水压力传感器监测试验舱内部水压变化，对试验舱密闭性进行初步检验。

打开第一充水阀2q和第二充水阀2w，第一排气阀2y和第二排气阀2z仍保持关闭状态，通过加压水泵向试验舱内注入高压水，并通过试验舱内部的水压力传感器实时监测试验舱内水压变化是否满足设计要求。待试验舱内水压力达到0.5倍最大允许试验外压40MPa时，关闭加压水泵、第一充水阀2q和第二充水阀2w，静置试验舱90分钟，并实时监测舱内水压变化，对试验舱密闭性及外压加载系统可靠性进行全面检验。

检验无误后，打开第一充水阀2q和第二充水阀2w，将试验舱内高压水回流至加压水箱，待试验舱高压水回流完成后，关闭第一充水阀2q和第二充水阀2w。打开第一排气阀2y、第二排气阀2z、第一充水阀2q和第二充水阀2w，启动加压水泵将试验舱内充水排空。

二、全尺寸试验管道校准安装

移除各试验舱连接环向法兰2m和第二紧固螺栓2n，采用双向滑动支撑2f横移并平移轴力加载舱2a；通过定向滑动支撑2v横移扭矩加载舱2c，为试验管道2x安装预留空间。

通过定向滑道1e将试验管道2x运送至试验舱口，通过布置于轴力加载舱2a上方的龙门吊机构将试验管道2x移至滑动承台2k，并将试验管道2x预紧固于滑动承台2k。将载有试验管道的滑动承台2k滑动至指定试验位置。

调整滑动承台2k高度和试验管道2x轴线方向保证试验管道2x轴心高度与轴力加载舱封盖3a轴力加载基准点高度及轴力加载方向一致。通过双向滑动支撑2f将轴力加载舱2a平移复位，采用高强螺栓3m将试验管道左法兰与轴力加载连接接口3e进行连接。通过双向滑动支撑2f将轴力加载舱2a横移复位，并采用环向法兰2m和第二紧固螺栓2n与弯矩加载舱第一分段2g左端端口进行连接。

控制轴力液压作动器3b使试验管道右法兰对准扭矩加载连接接口2t，通过定向滑动支撑2v将扭矩加载舱2c复位，而后采用高强螺栓3m进行紧固连接。

试验管道2x安装完成后，收回轴力液压作动器3b，采用环向法兰2m和第二紧固螺栓2n将扭矩加载舱2c与弯矩加载舱第二分段2h右端端口紧固连接。

三、试验管道内压加载

试验管道2x校准安装完成后，打开布置于弯矩加载舱顶部的第一排气阀2y和第二排气阀2z。通过布置于弯矩加载舱底部的第一充水阀2q和第二充水阀2w向试验舱内注水，待试验舱内完全充水后，关闭第一充水阀2q、第二充水阀2w和第一排气阀2y、第二排气阀2z。将充水试验舱静置90分钟，通过布置于试验舱内的水压力传感器实时监测舱内水压变化，对试验管道2x气密性进行一次检验。

第一排气阀2y和第二排气阀2z保持关闭状态，打开第一充水阀2q和第二充水阀2w，启动加压水泵向试验舱内注入高压水。如若试验设计外压值小于0.5倍最大允许试验外压40MPa，则可直接将试验舱外压增压至试验外压，而后进行试验管道2x气密性二次检验；如若试验设计外压值大于0.5倍最大允许试验外压，则需先将试验舱内水压增压至0.5倍最大允许试验外压后，关闭加压水泵、第一充水阀2q和第二充水阀2w，进行试验管道2x气密性二次检验。待确认无误后，再打开第一充水阀2q、第二充水阀2w和加压水泵，将试验舱内水压增压至试验设计外压值，并静置90分钟进行试验管道气密性三次检验。

设计外压条件下试验管道气密性检验无误后，打开布置于扭矩加载舱封盖的第三排气阀5f和第三充水阀5e、布置于试验管道右端法兰的第四排气阀7b和第四充水阀7a，待管道完全充水后，关闭第四充水阀7a、第四排气阀7b、第三充水阀5e和第三排气阀5f，并静置30分钟。通过实时监测布置于试验舱和试验管道的水压力传感器，对整体试验系统及内外压加载系统稳定性进行一次检验。

第三排气阀5f和第四排气阀7b保持关闭状态，打开第三充水阀5e和第四充水阀7a，启动加压水泵向试验管道2x内注入高压水。若试验设计内压值小于0.5倍最大允许试验内压值49MPa，则可直接加压至试验值，进行试验系统气密性二次检验。若试验设计内压大于0.5倍最大允许试验内压，应在加压至0.5倍最大允许试验内压后，关闭加压水泵、第三充水阀5e和第四充水阀7a，静置30分钟，进行气密性二次检验。上述步骤确认无误后，再次打开第三充水阀5e、第四充水阀7a和加压水泵加压至试验设计内压。内压加载完成后，关闭内压加载系统，将试验系统静置30分钟，并实时监测试验舱内和试验管道内水压变化，对整体试验系统气密性进行三次检验。

试验完成后，打开第三充水阀5e和第四充水阀7a将试验管道2x高压水回流至加压水箱，待试验管道高压水回流完成后关闭第三充水阀5e和第四充水阀7a。打开第三排气阀5f、第四排气阀7b、第三充水阀5f、第四充水阀7a和加压水泵将试验管道内充水排空。试验管道内充水排空后，依据相同步骤，采用第一充水阀2q、第二充水阀2w、第一排气阀2y、第二排气阀2z和加压水泵排空试验舱内充水。

四、轴力加载

在外压和内压条件下试验管道2x气密性检验完成后，基于轴力加载舱2a可开展轴向荷载作用下全尺寸管道失效模式及破坏机理研究。

试验时，轴力液压作动器3b通过T型连接件3i和轴力加载连接接口3e将轴力荷载作用于试验管道2x，同时通过第一压力传感器3j实时监测轴向液压作动器3b加载下试验管道2x轴向荷载及变形来调整力控制/位移控制加载步长，并反馈至电控液压油源1d，实现力控制/位移控制下轴向液压作动器3b加载。

轴力加载系统可施加的最大轴力为5800kN,加载精度为满量程的0.5%-1%。

五、弯矩加载

开展试验管道弯矩加载试验时，弯矩加载系统的弯矩液压作动器4a通过十字型连接件4d和弯矩加载连接接口4e将试验设计弯矩荷载作用于试验管道2x，同时通过第二压力传感器4f实时监测弯矩加载系统的弯矩荷载输出，调整力控制/位移控制加载模式并反馈至电控液压油源1d，实现力控制/位移控制下第一弯矩液压作动器2i和第二弯矩液压作动器2j加载。

弯矩加载系统可施加的最大弯矩为1490kNm，加载精度为满量程的0.5%-1%。

六、扭矩加载

试验管道扭矩加载试验，扭矩加载系统的扭矩液压作动器2s通过扭转力臂5b、扭转中轴6a、扭矩加载连接接口2t将扭矩荷载作用于试验管道，通过第三压力传感器5d实时监测扭矩液压作动器2s作用于试验管道2x的扭矩荷载，调整力控制/位移控制加载模式并反馈至电控液压油源系统，实现力控制/位移控制下扭矩液压作动器2s加载。

扭矩加载系统可施加的最大扭矩为430kNm，加载精度为满量程的0.5%-1%。

七、轴力-弯矩-扭矩荷载联合加载

基于轴力、弯矩及扭矩加载系统及相关附属加载设备可同时将轴力、弯矩和扭矩荷载作用于试验管道，并通过分别布置于轴向液压作动器3b、第一弯矩液压作动器2i、第二弯矩液压作动器2j和扭矩液压作动器2s的各类型传感器实时监测轴力、弯矩和扭矩荷载输出，调整力控制/位移控制加载模式并反馈至电控液压油源1d，实现力控制/位移控制下轴力液压作动器3b、第一弯矩液压作动器2i、第二弯矩液压作动器2j和扭矩液压作动器2s加载。

Claims (8)

1.一种全尺寸管道深海复杂海洋环境荷载联合加载试验系统，试验系统包括模块化布置的试验舱系统（1a）、龙门吊机构（1b）、高压水系统（1c）及电控液压油源（1d）,其特征是：所述试验舱系统（1a）和龙门吊机构（1b）通过定向滑道（1e）布置于基座（1f）上，基座（1f）通过地脚螺栓（1g）固定于地基（1h）上；所述高压水系统（1c）和电控液压油源（1d）布置于试验舱系统的侧方；试验舱系统（1a）包含沿轴线方向布置的通过螺栓固定于基座（1h）上的三个桁架支撑（1i）和沿试验系统轴线方向布置的采用滑动支撑的两台龙门吊机构（1b）；在桁架支撑（1i）和龙门吊机构（1b）的下方设有分段功能化布置的轴力加载舱（2a）、弯矩加载舱（2b）和扭矩加载舱（2c），所述高压水系统（1c）包含加压水箱和加压水泵；所述电控液压油源（1d）包含液压油源、加压油泵和电控柜。

2.根据权利要求1所述的一种全尺寸管道深海复杂海洋环境荷载联合加载试验系统,其特征是：所述轴力加载舱（2a）包括轴力加载舱封盖（3a）、布置于轴力加载舱左端的轴向液压作动器（3b）、布置于轴力加载舱内部的固定环（3c）、沿轴力加载舱内壁布置的固定环滑道（3d）、布置于轴力加载舱右端的轴力加载连接接口（3e）；轴力加载舱封盖（3a）通过一组第一紧固螺栓（2d）、密封垫圈（2e）紧固于轴力加载舱（2a）的左端口；轴向液压作动器（3b）通过一组第三紧固螺栓（3f）、密封垫圈（3g）固定于轴力加载舱封盖（3a）的外侧，轴向液压作动器传动轴（3h）贯穿轴力加载舱封盖（3a）并通过T型连接件（3i）和固定环（3c）与轴力加载连接接口（3e）相连，并在固定环（3c）与轴向液压作动器传动轴（3h）的连接位置布置第一压力传感器（3j）；固定环滑道（3d）通过第一螺栓（3k）固定于轴力加载舱封盖（3a）的内壁，并且在固定环滑道（3d）与试验舱内壁空隙填充隔振橡胶圈（3l），轴力加载舱（2a）通过布置于底部的双向滑动支撑（2f）、定向滑道（1e）与基座（1f）相连。

3.根据权利要求1所述的所述一种全尺寸管道深海复杂海洋环境荷载联合加载试验系统,其特征是：所述弯矩加载舱（2b）包括弯矩加载舱第一分段（2g）、弯矩加载舱第二分段（2h）、布置于弯矩加载舱第一分段顶部的第一弯矩液压作动器（2i）、布置于弯矩加载舱第二分段顶部的第二弯矩液压作动器（2j）、沿弯矩加载舱底部内壁滑动的滑动承台（2k）和承台滑道（2l）；弯矩加载舱第一分段（2g）左端通过一组环向法兰（2m）、第二紧固螺栓（2n）与轴力加载舱右端固定连接，弯矩加载舱第一分段（2g）通过水平紧固螺栓（2o）与弯矩加载舱第二分段（2h）相连，在连接位置同时布置环向橡胶密封垫（2p）；第一弯矩液压作动器传动轴（4a）贯穿弯矩加载舱第一分段舱壁，并在贯穿位置舱壁的内外侧同时布置锁紧螺母（4b），锁紧螺母（4b）与第一弯矩液压作动器传动轴（4a）之间的空隙布置刚性密封垫（4c），第一弯矩液压作动器传动轴（4a）前端通过十字型连接件（4d）与第一弯矩加载连接接口（4e）相连，并在十字型连接件（4d）与第一弯矩加载连接接口（4e）的连接位置布置第二压力传感器（4f）；弯矩加载舱第二分段（2h）采用与弯矩加载舱第一分段（2g）相同的加载结构，第二弯矩液压作动器传动轴贯穿弯矩加载舱第二分段舱壁，并在贯穿位置舱壁的内外侧同时布置锁紧螺母，锁紧螺母与第二弯矩液压作动器传动轴之间空隙布置刚性密封垫，第二弯矩液压作动器传动轴前端通过十字型连接件与第二弯矩加载连接接口相连，并在十字型连接件与第二弯矩加载连接接口连接位置布置第二压力传感器。

4.根据权利要求3所述的所述一种全尺寸管道深海复杂海洋环境荷载联合加载试验系统,其特征是：在所述弯矩加载舱第一分段（2g）和弯矩加载舱第二分段（2h）内的底部布置滑道（2l），滑道（2l）通过螺栓固定于弯矩加载舱（2b）的内底壁上，并沿滑道布置的高度调节滑动承台（2k）的位置。

5.根据权利要求1所述的所述一种全尺寸管道深海复杂海洋环境荷载联合加载试验系统,其特征是：所述扭矩加载舱（2c）包括扭矩加载舱封盖（2r）、扭矩液压作动器（2s）、扭矩加载连接接口（2t）和偏移位移传感器（2u）；扭矩加载舱封盖（2r）左端通过另一组第一紧固螺栓（2d）、密封垫圈（2e）紧固于扭矩加载舱（2c）右端端口；扭矩加载舱（2c）左端与弯矩加载舱第二分段（2h）右端采用另一组环向法兰（2m）和第二紧固螺栓（2n）相连，并在连接位置也布置环向橡胶密封垫（2p）；在扭矩加载舱（2c）右侧布置扭矩液压作动器（2s），扭矩液压作动器（2s）包含竖向液压作动器（5a）、扭转力臂（5b）和扭转中轴（6a）；竖向液压作动器（5a）通过高强螺栓接头（5c）与扭转力臂（5b）进行铰接，并在竖向液压作动器（5a）与高强螺栓接头（5c）的连接位置布置第三压力传感器（5d）；扭转力臂（5b）通过滚动轴承（6b）与扭转中轴（6a）相连接。

6.根据权利要求5所述的所述一种全尺寸管道深海复杂海洋环境荷载联合加载试验系统,其特征是：所述扭矩液压作动器（2s）的扭转中轴（6a）贯穿扭矩加载舱封盖（2r），在扭矩加载舱封盖贯穿位置的外侧与扭矩液压作动器（2s）之间的空隙布置环向锁紧螺母（6c）；扭矩液压作动器的扭转中轴（6a）前端通过第二螺栓（6d）与扭矩加载连接接口（2t）相连，并在连接位置布置偏移位移传感器（2u），偏移位移传感器支座固定于扭矩加载舱底部。

7.根据权利要求5所述的所述一种全尺寸管道深海复杂海洋环境荷载联合加载试验系统,其特征是：所述扭矩加载舱（2c）通过定向滑动支撑（2v）、定向滑道（1e）与基座（1f）相连。

8.根据权利要求1所述的所述一种全尺寸管道深海复杂海洋环境荷载联合加载试验系统,其特征是：所述高压水系统包含布置于弯矩加载段的外水压加载系统和布置于扭矩加载段的内水压加载系统；外水压加载系统设有布置于弯矩加载舱底部的第一充水阀（2q）和第二充水阀（2w）；内水压加载系统包含布置扭矩加载舱封盖（2r）的第三充水阀（5e）和试验管道右法兰的第四充水阀（7a）。