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碳纖維復合材料修補方案，經(jīng)相關設計部門設計、計算。確定采用碳纖維復合材料補強技術方案，對管道進行搶修。搶修方案為首先使用填平樹脂對凹陷進行填平修復處理，然后纏繞高強度碳纖維復合材料。補強方案確立后，使用有限元分析軟件對該方案進行驗證計算。在有限元模型中，鋼材的彈性模量取207GPa，泊松比為0.3，屈服強度為450MPa。管道內的運行壓力設定為3MPa。碳纖維復合材料補強層數(shù)為6層。根據(jù)上述條件計算得到未補強管道中的環(huán)向應力與補強后管道中的環(huán)向應力分布云圖。
由計算結果可知未補強管道凹陷的邊緣處存在嚴重的應力集中。最大的環(huán)向應力數(shù)值達到322MPa，遠遠超過無缺陷管道承載3MPa壓力時的管壁環(huán)向應力。并且這個應力數(shù)值已經(jīng)接近鋼材的屈服強度。此管道存在內壓波動時，在疲勞載荷的作用下，極易在應力集中處發(fā)生疲勞破壞。如不進行補強處理，凹陷處壁厚可能繼續(xù)減少，使管道缺陷處應力集中更嚴重。
采用碳纖維復合材料補強技術后，管道中環(huán)向應力有明顯的降低，最嚴重區(qū)域的環(huán)向應力為164MPa。這個應力數(shù)值低于鋼材的屈服強度，管道變形尚處于彈性變形范圍。管道經(jīng)過補強處理后，管壁的應力集中將大大緩解，管道將處于安全應力范圍內。
補強方案確定后的施工流程為：
①對管道外表面進行預處理，清除防腐層；
②使用電動除銹工具打磨管道表面，達到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，修補至缺陷部位表面平整；
⑤填平樹脂初步固化后，纏繞高強度碳纖維復合材料，確保復合材料覆蓋了缺陷部位，纏繞層數(shù)為6層；
⑥對補強區(qū)域進行防腐處理，然后回填。
碳纖維復合材料修復補強技術相對于其他類型的修復技術，具有更高的安全性、可靠性及適應性。對于管道凹坑類型的機械損傷有較好的修復能力。為今后類似問題的解決提供了參考。
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