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1、玻璃钢管在工程连接中的形式及破坏特性的探讨摘要：玻璃钢管连接是工程连接中的一种新型实用的形式。本文在阐述玻璃钢管在工程连接中应用现状的基础上，总结了玻璃钢管的连接形式及其特点，并分析了玻璃钢管连接接头的破坏特性。关键词：玻璃钢管；连接；破坏引言 玻璃钢（FRP）管道又称“不饱和聚酯树脂夹砂管”，是近十几年来发展起来的管材，由于该种管材具有轻质高强、耐酸碱、耐腐蚀、内外表面光滑、不结垢、无二次污染、抗老化、安装方便、使用寿命长等优点而得到很快发展，被广泛应用于石油、化工、给排水等各个领域，尤其是在城镇给排水领域有独特的优势，得到迅猛发展。1玻璃钢管在工程连接中的应用现状 随着玻璃钢管道的广泛应用
2、，玻璃钢管与钢管及钢管件之间的连接工程也越来越多。目前玻璃钢管道与钢管及钢管件之间的连接均采用法兰连接的方式，该方式具有玻璃钢法兰可以在玻璃钢厂内预制的优点，但由于玻璃钢法兰在玻璃钢厂内的生产方式是：采用已经制作好的玻璃钢管管体，经打磨后，在其上缠绕制作法兰。 但是，玻璃钢管道与钢管及钢管件之间法兰连接方式在实际应用中仍然有很多不足之处，考虑到胶接连接的独特优势，提出如果用钢法兰代替玻璃钢法兰与玻璃钢管道胶接后，再与配套的钢管及钢管件进行连接，或在不需要拆卸、更换的部位，玻璃钢管道直接与钢管及钢管件进行胶接连接，则可解决玻璃钢法兰由于尺寸受限导致强度不足的问题，减少玻璃钢管道在应用过程中与钢管
3、及钢管件连接后因沉降速度及冻胀系数均不同而产生的应力集中问题，减少管道的损坏次数，降低维护成本，节省操作时间，并且胶接后的接头更方便与配套的钢管及钢管件的进行连接。 随着玻璃钢管道的广泛应用，玻璃钢管线施工及维修、抢修的工程会越来越多，采用胶接法进行玻璃钢管道与钢管及钢管件之间的连接，会降低成本、减化工艺、提高生产效率，有利于玻璃钢管道的推广应用，具有较好的发展前景。因此玻璃钢管道与钢管及钢管件的胶接技术研究有很大的实际应用价值。2玻璃钢管的连接形式及其特点2.1 玻璃钢管的连接形式目前国内玻璃钢管道之间的连接方式主要有胶接连接和机械连接两大类。钢管与钢管之间的连接以焊接为主，钢管与钢管件之间
4、的连接多采用法兰连接。玻璃钢管道与钢管及钢管件之间的连接均采用法兰连接的方式，并且有相应的施工规范。胶接法可应用于相同基体的玻璃钢管道连接，也可应用于相同基体的钢管与钢管之间的连接。玻璃钢管道的连接形式有多种，但一般可分为两大类，即胶接连接和机械连接，其中胶接连接包括对接包缠连接、搭接包缠连接、承插口斜面胶接；机械连接包括承插口连接、法兰连接、螺纹连接；其中承插口连接又包括承插单密封圈或尼龙键连接、承插双密封圈连接、承插双密封圈或尼龙键连接。2.2 玻璃钢管的胶接连接和机械连接的优缺点 一般来说，对于受力不大的薄壁玻璃钢管应采用胶接连接，而对于管壁较厚且受力较大的玻璃钢管多采用机械连接。这两类
5、连接形式的原理不同，各有优缺点。2.2.1 玻璃钢管胶接连接的优、缺点 玻璃钢管胶接连接主要有以下几方面的优点： （1）被连接的玻璃钢管，因为没有在管体上开槽、开孔而切断纤维，故不会产生由此引起的应力集中，降低管的承载力，并保存了管体良好的防渗能力； （2） 在一般条件下，被连接的玻璃钢管因不需要金属紧固件，故减少了机械加工的工作量与材料的消耗，接头轻，费用低； （3） 由于在两根管的接头处进行了去油污、除杂质处理，并对机加部位或裸露纤维的地方涂敷了与内衬层相同的材料，使这个区域的耐腐蚀性能与管体相同； （4） 由于各种胶接连接均用毡、带包缠接头部位的外管体，使接头具有一定的树脂层故密封性好；
6、 （5） 永久变形小； （6） 零件数量少，便于安装。 玻璃钢管胶接连接主要有以下几方面的缺点： （1） 需要进行专门的表面清洁处理； （2） 因胶粘剂存在老化和受环境因素（温、湿度）的影响，在高温、湿度作用下，其胶接强度会下降； （3） 胶接质量的检验困难，可*性差； （4） 不可拆卸，管线难于回收再利用。2.2.2 玻璃钢管机械连接的优、缺点 玻璃钢管机械连接主要有以下几方面的优点： （1） 受环境因素（温、湿度）的影响小； （2） 可在不使管体受损伤的情况下进行拆卸和再装配，属于可拆卸连接形式，管道可更换； （3） 表面不需要进行专门仔细清洁处理即可获得较大的连接强度； （4） 具有有效
7、的检测方法，保证连接质量，故具有高度的安全可*性。 玻璃钢管机械连接主要有以下几方面缺点： （1） 由于在开孔、开槽或内外螺纹（螺纹连接）处产生应力集中，故该处易发生损伤和裂纹，降低管体的防渗能力； （2） 因采用了法兰、螺栓、尼龙键等紧固件、密封件，故使接头部位质量增大，成本提高； （3） 法兰与螺栓之间的连接会产生较大的内应力； （4） 由于玻璃钢材料模量低，产生的永久性变形较大，故易发生泄漏问题。3玻璃钢管连接接头的破坏特性 在许多领域，胶接作为结构构件的连接方式日益广泛地被采用（尤其是在航空航天等高端领域），这就要求对它的力学性能有深刻的了解，可是作为胶粘剂主体的高聚物，它的力学性质至
8、今仍被划为专门学科还在进行研究，而胶接接头的力学问题涉及面更为广泛，所以虽然人们对此也进行了广泛而深入的研究，但至今理论的发展远达不到实际应用的需要。因此：要想判断一个接头是否可*合用，目前破坏性强度测试的结果几乎是唯一的依据。 在多种多样的接头形式中，从胶层受力的情况来分析主要是正拉、剪切、剥离 、扯离等几种典型受力方式。实践证明，胶层的抗剪切及抗拉伸能力强，而抗剥离和抗扯离的能力弱。由于加工玻璃钢夹砂管管法兰短接时，采用的是已经制作好的玻璃钢夹砂管管体，经打磨后在其上制作法兰，从某种程度上讲，可以看成是在玻璃钢夹砂管管体上胶接一个玻璃钢法兰，因此在使用过程中，其胶层受力的情况同样主要是正拉
9、、剪切、剥离 、扯离等几种典型受力方式。内应力是影响玻璃钢管接头强度和耐久性的重要因素之一，所以，分析研究玻璃钢管接头处的内应力是十分必要的。3.1 玻璃钢管胶接连接的破坏特性 在玻璃钢管胶接接头处产生内应力的主要原因是： （1）胶粘剂在固化过程中，因体积收缩引起收缩应力； （2）因胶粘剂与玻璃钢管具有不同的热膨胀系数，故温度变化时接头处产生了热应力； （3）在接头内因存在诸如气泡、裂纹、针眼等缺陷，故在外载荷和内应力共同作用下会使这些缺陷逐渐扩展，最终导致接头破坏。 在外力作用下，胶接处产生的这些内应力是非均匀分布的。在管体上有平行外力的拉应力拉；在胶层中存在平行外力的剪应力；在胶粘剂与管体
10、界面处存在垂直于胶接面的正应力C和剪应力。胶接接头在这些外力和内应力的共同作用下将会发生如下破坏：接头处的管体破坏；胶粘剂层内破坏；界面破坏，即胶粘层与管体之间的粘附破坏；以上三种形式的混合破坏。3.2 玻璃钢管法兰与钢管法兰机械连接的破坏特性 玻璃钢管法兰与钢管法兰的机械连接，因在管壁和法兰上分别开有凹槽和孔，使截面和法兰面都受到削弱，并在槽、孔处产生应力集中。由于玻璃钢管和钢管及钢管件之间的连接主要是法兰连接，所以下面我们主要分析法兰连接的破坏特性。 由此可见，玻璃钢管法兰的主要破坏形式是： （1）在法兰根部，因其强度、刚度不够而破坏； （2） 因法兰端面的不平度超出允许值范围，故此处在外
11、力和内力的共同作用下发生破坏； （3）因法兰面上有划痕、分层、汽泡、针孔、杂质及缺胶等缺陷造成法兰破坏。 由上述分析可知，为了减少法兰的破坏，除在制造时保证制造精度及减少法兰的初始缺陷外，还应在法兰与管体之间设置一个过渡锥颈，使其随应力增加壁厚增大，应力减小壁厚减薄，或者在法兰根部加大半径尺寸，以便降低局部应力过大，变形过大，从而提高法兰强度、刚度，并降低法兰环的挠度，使垫片受压均匀，提高法兰的密封性。但在实际应用中，由于受到空间、管线布置形式及现场连接尺寸的限制，玻璃钢法兰在加工时过渡锥颈过小或根本就没有过渡锥颈，这直接影响了玻璃钢法兰的强度和刚度，并且玻璃钢法兰与钢管及钢管件连接时，由于受
12、到钢法兰的尺寸限制，玻璃钢法兰也不能制作的过大过厚，也影响了玻璃钢法兰强度。在实际应用中，玻璃钢法兰往往存在受空间及尺寸限制，强度达不到设计要求的不足之处，因此如果将钢法兰代替玻璃钢法兰直接与玻璃钢管胶接连接在一起，则可解决玻璃钢法兰过大过厚，加工繁琐、强度不足的问题，并且胶接后的接头更方便与钢管及钢管件的配套连接。参考文献：1汪裕炳，张全纯，复合材料的结构连接M北京：国防工业出版社，20022陈道义，张军营，胶接基本原理M北京：科学出版社，20043李学闵，FRP 法兰设计制造研究，玻璃钢/复合材料，19914张建川，玻璃钢材料的胶接，化学与粘合，20035宋爱红，FRP（玻璃钢）管的连接形式及其特性，纤维复合材料，1997
