管道是现代能源输送工程中的重要结构形式之一,油气管道更已成为当今国民经济发展的能源命脉。而在铺设或服役过程中,往往由于施工或服役条件恶劣,管道中将不可避免地存在各类缺陷。这些缺陷若不及时修复,轻则导致输送介质泄漏,严重时甚至导致爆管事故发生,对生态环境、人身安全和经济发展构成重大威胁。环向表面裂纹及可以当量化为等效环向表面裂纹的缺陷作为一类重要缺陷的代表,其修复技术一直受到普遍关注。玻璃纤维增强复合材料(Glass Fiber Reinforced Polymers,简称GFRP)修复技术作为一种新型的管道修复技术,因具有许多传统修复加固技术无法比拟的优点,在近年来得到了广泛的应用,但主要集中在对含体积损失缺陷的管道的修复方面。目前对GFRP修复技术在含环向表面裂纹缺陷管道的修复中的作用与效果认识尚不十分清晰,具有较大的研究空间。据此,本课题以GFRP修复含环向表面裂纹缺陷的油气管道为研究对象,采用试验测试与有限元模拟相结合的研究方法,对GFRP修复前后,管道在组合载荷作用下的状态进行了对比分析,并对GFRP修复层参数对修复效果的影响进行了较为细致的讨论,主要内容如下:首先,进行了高强玻璃纤维方格布/环氧树脂增强复合材料的性能测试试验,为GFRP管道修复试验与数值模拟提供了数据基础。在静水压和弯矩组合载荷作用下,进行了有/无GFRP修复的含环向表面裂纹缺陷管道的破坏试验,并分析了 GFRP对含环向表面裂纹缺陷管道的修复作用与效果。结果表明:当载荷条件不足以使管体发生屈服时,GFRP修复技术对管体的修复效果有限;而当载荷条件足以使管体发生屈服后,GFRP能够显著抑制所包覆管体屈服;对含环向表面裂纹管道而言,明显提升了管道失效载荷。其次,基于试验管道尺寸参数,建立了有限元仿真模型。结合Newman-Raju理论公式,对有限元模拟结果准确性进行了校验。证明了采用数值模拟方法进行扩展试验的可行性与准确性。再次,采用有限元方法,对含深度相同,长度不同和长度相同,深度不同的两组表面裂纹的未修复管道模型进行了数值模拟。讨论了裂纹尺寸不同时,裂纹前缘最深点J积分随外载荷的变化规律,结果表明J积分随外载荷变化规律与半椭圆形表面裂纹尺寸无关。并进一步对裂纹前缘最深点J积分与裂纹侧面中部管材轴向应变的绝对值关系进行了探讨,初步阐明了与裂纹深度和长度无关,二者随外载荷的变化规律具有一定的相关性。最后,结合测试试验结果,验证了 GFRP修复含环向表面裂纹缺陷管道有限元模拟方法的可行性与准确性。结合未修复管道模型的分析结果,给出了 GFRP修复技术对环向表面裂纹的修复效果随GFRP包覆层宽度、厚度及GFRP包覆层与管钢粘结胶层模量的变化规律。最终,为GFRP修复含环向表面裂纹缺陷管道时参数选取问题提出了一些合理化建议。