碳纖維復(fù)合材料修補(bǔ)方案，經(jīng)相關(guān)設(shè)計(jì)部門設(shè)計(jì)、計(jì)算。確定采用碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)方案，對管道進(jìn)行搶修。搶修方案為首先使用填平樹脂對凹陷進(jìn)行填平修復(fù)處理，然后纏繞高強(qiáng)度碳纖維復(fù)合材料。補(bǔ)強(qiáng)方案確立后，使用有限元分析軟件對該方案進(jìn)行驗(yàn)證計(jì)算。在有限元模型中，鋼材的彈性模量取207GPa，泊松比為0.3，屈服強(qiáng)度為450MPa。管道內(nèi)的運(yùn)行壓力設(shè)定為3MPa。碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)層數(shù)為6層。根據(jù)上述條件計(jì)算得到未補(bǔ)強(qiáng)管道中的環(huán)向應(yīng)力與補(bǔ)強(qiáng)后管道中的環(huán)向應(yīng)力分布云圖。
由計(jì)算結(jié)果可知未補(bǔ)強(qiáng)管道凹陷的邊緣處存在嚴(yán)重的應(yīng)力集中。最大的環(huán)向應(yīng)力數(shù)值達(dá)到322MPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過無缺陷管道承載3MPa壓力時的管壁環(huán)向應(yīng)力。并且這個應(yīng)力數(shù)值已經(jīng)接近鋼材的屈服強(qiáng)度。此管道存在內(nèi)壓波動時，在疲勞載荷的作用下，極易在應(yīng)力集中處發(fā)生疲勞破壞。如不進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理，凹陷處壁厚可能繼續(xù)減少，使管道缺陷處應(yīng)力集中更嚴(yán)重。
采用碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)后，管道中環(huán)向應(yīng)力有明顯的降低，最嚴(yán)重區(qū)域的環(huán)向應(yīng)力為164MPa。這個應(yīng)力數(shù)值低于鋼材的屈服強(qiáng)度，管道變形尚處于彈性變形范圍。管道經(jīng)過補(bǔ)強(qiáng)處理后，管壁的應(yīng)力集中將大大緩解，管道將處于安全應(yīng)力范圍內(nèi)。
補(bǔ)強(qiáng)方案確定后的施工流程為：
①對管道外表面進(jìn)行預(yù)處理，清除防腐層；
②使用電動除銹工具打磨管道表面，達(dá)到St3級的除銹要求；
③使用清洗劑清洗管道表面并使之充分干燥；
④在凹陷處涂抹填平樹脂，修補(bǔ)至缺陷部位表面平整；
⑤填平樹脂初步固化后，纏繞高強(qiáng)度碳纖維復(fù)合材料，確保復(fù)合材料覆蓋了缺陷部位，纏繞層數(shù)為6層；
⑥對補(bǔ)強(qiáng)區(qū)域進(jìn)行防腐處理，然后回填。
碳纖維復(fù)合材料修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)相對于其他類型的修復(fù)技術(shù)，具有更高的安全性、可靠性及適應(yīng)性。對于管道凹坑類型的機(jī)械損傷有較好的修復(fù)能力。為今后類似問題的解決提供了參考。
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