GFRP管-灌浆料修复锈蚀钢管节点受压性能研究的学习体会

文献概况

本文发表于《工程力学》2023年第40卷第2期，由中国矿业大学与上海交通大学合作完成，获得国家自然科学基金、中央高校基本业务费及徐州市重点研发计划等多项资助。研究针对圆钢管焊接节点长期服役后的锈蚀退化问题，提出了GFRP管（玻璃纤维增强塑料管）-灌浆料修复技术，并通过试验验证了修复效果。这一研究对延长钢管结构服役寿命、降低结构维护成本具有重要的工程价值。

核心发现与关键数据

文献通过6组试验试件（未锈蚀、锈蚀未修复、GFRP管-灌浆料修复）的支管轴压力静载试验，揭示了以下重要规律：

试验结果表明，主管锈蚀导致的约10%重量损失会使节点承载力降低近20%，这一数据与钢管锈蚀对结构承载力的影响规律基本吻合。更为重要的是，GFRP管-灌浆料修复技术使锈蚀节点的受压承载力和初始刚度分别提升约100%和50%，且均高于未锈蚀的对比试件。

基于验证的精细化有限元模型，参数分析表明支主管直径比、GFRP管厚度以及修复主管截面空心率是影响修复节点受压性能的关键参数，而主管修复长度和灌浆料强度的影响较小。优化修复构造后，可使主管重量损失28%的锈蚀节点承载力提升至锈蚀前的1.5倍以上。

技术要点解读

GFRP管-灌浆料修复技术的核心机理在于约束效应。锈蚀导致钢管壁厚减薄，主管在支管压力作用下发生侧向外凸变形，进而导致节点承载力下降。GFRP管包裹在锈蚀主管外侧，通过灌浆料填充形成约束环，有效限制了主管的侧向外凸变形。这一约束作用使节点的控制破坏模式由主管塑性化转变为主管冲剪，从而恢复了节点的承载能力。

从材料力学角度分析，GFRP管具有较高的抗拉强度和刚度，能够有效承担约束环产生的环向拉应力。灌浆料则起到传递应力、填充空隙的作用，确保GFRP管与锈蚀钢管之间的良好接触。这种复合材料修复方案巧妙地利用了GFRP的抗拉性能和灌浆料的抗压性能，实现了优势互补。

与工程实践的结合

在工程实践中，钢管焊接节点广泛应用于桥梁、建筑结构、海洋工程等领域。长期服役后，节点区域由于焊接残余应力、应力集中和腐蚀介质作用，往往成为结构的薄弱环节。传统的修复方法如加劲板加固、表面补强等，往往难以有效恢复节点的承载能力。

GFRP管-灌浆料修复技术为锈蚀钢管节点的修复提供了一种新的解决方案。在实际应用中，需注意以下要点：第一，修复前需对锈蚀程度进行准确评估，确定修复范围和构造；第二，GFRP管与锈蚀钢管之间的表面处理至关重要，需确保灌浆料与两者的粘结强度；第三，修复后的节点应进行承载试验或有限元分析验证，确保修复效果满足设计要求。

学习心得与启示

这篇文献的研究成果对钢管结构的修复与加固具有重要的指导意义。文献提出的修复建议基于"修复节点承载力达到1.2倍未锈节点"的目标，为不同锈蚀率的节点提供了差异化的修复方案，具有很强的工程实用性。

从技术发展趋势来看，复合材料修复技术正逐渐成为结构修复领域的重要方向。GFRP管-灌浆料修复技术不仅适用于锈蚀钢管节点，还可推广到其他类型的钢管结构修复中。建议在后续研究中，进一步开展修复节点的疲劳性能、火灾性能、抗震性能等方面的研究，为修复技术的全面应用提供更完善的技术依据。