FRP對(duì)砌體結(jié)構(gòu)抗震加固的研究進(jìn)展

郭曉云，唐永明，陳 杰

(防災(zāi)科技學(xué)院，河北 三河 065201)

0 引言

砌體結(jié)構(gòu)在我國(guó)既有建筑物中占據(jù)了很大的存量，由于砌體結(jié)構(gòu)主要采用脆性材料砌筑，未采取嚴(yán)格抗震構(gòu)造措施的砌體結(jié)構(gòu)整體性和抗震性能表現(xiàn)較差。在我國(guó)村鎮(zhèn)房屋和老舊住宅房屋中，缺少抗震構(gòu)造措施的砌體結(jié)構(gòu)房屋數(shù)量很大[1]，這類(lèi)房屋制約著我國(guó)城鄉(xiāng)抗震能力整體水平的提升。我國(guó)是地震多發(fā)國(guó)家，震害調(diào)查研究[2-3]顯示，地震中此類(lèi)砌體結(jié)構(gòu)的破壞往往比較嚴(yán)重，是地震中造成經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡的重要原因。因此，對(duì)現(xiàn)存的老舊砌體結(jié)構(gòu)房屋進(jìn)行抗震加固對(duì)于提高我國(guó)房屋的整體抗震能力具有重要意義。

砌體結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)的抗震加固方法有砂漿面層或板墻加固、外包鋼加固、外加圈梁構(gòu)造柱加固、鋼拉桿加固等，這些方法對(duì)于加強(qiáng)砌體結(jié)構(gòu)房屋的抗震性能起到了一定的作用，大都有工程應(yīng)用實(shí)例，但是這些加固方法通常具有作業(yè)量大、施工周期長(zhǎng)、施工復(fù)雜等缺點(diǎn)，并且有些加固方法影響房屋的使用空間和使用功能，或?qū)ㄖ锏耐庥^有較大的影響。使用 FRP(纖維增強(qiáng)復(fù)合材料)加固砌體結(jié)構(gòu)可以避免以上加固方法的缺點(diǎn)。FRP 材料具有輕質(zhì)高強(qiáng)、不影響結(jié)構(gòu)自重及尺寸、占據(jù)空間少、施工方便、操作性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，其在結(jié)構(gòu)加固應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)明顯。

目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于FRP加固砌體結(jié)構(gòu)已開(kāi)展了廣泛的研究和應(yīng)用，取得了階段性進(jìn)展，本文在綜合各種FRP材料加固砌體結(jié)構(gòu)試驗(yàn)研究和理論研究的基礎(chǔ)上，提出了FRP對(duì)砌體結(jié)構(gòu)抗震加固領(lǐng)域有待進(jìn)一步研究的關(guān)鍵問(wèn)題。

1 試驗(yàn)研究

加固用的FRP種類(lèi)主要有CFRP(碳纖維)、GFRP(玻璃纖維)、BFRP(玄武巖纖維)、AFRP(芳綸纖維)等，其中CFRP加固技術(shù)的研究比較深入，目前在實(shí)際工程中的應(yīng)用也比較多。從20世紀(jì)末開(kāi)始，國(guó)內(nèi)外對(duì)FRP加固砌體結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)進(jìn)行一系列的試驗(yàn)研究，包括FRP加固砌體的抗震性能、平面外彎曲性能、界面粘結(jié)性能等。

1.1 抗震性能試驗(yàn)

衡量砌體結(jié)構(gòu)抗震性能的指標(biāo)主要為砌體墻抗剪承載力、延性、整體性和耗能能力等，針對(duì)FRP加固砌體抗震性能方面的效果，很多學(xué)者進(jìn)行了試驗(yàn)研究[4-14]，包括考慮結(jié)構(gòu)整體性的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，以及針對(duì)墻構(gòu)件的擬靜力試驗(yàn)。

1.1.1 振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)

FRP 加固砌體結(jié)構(gòu)整體抗震性能的研究主要以砌體結(jié)構(gòu)模型的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)為主，目前開(kāi)展的相對(duì)較少。

張明杰等[5-6]制作了14縮尺比例的兩層兩開(kāi)間帶構(gòu)造柱的 CFRP 加固砌體結(jié)構(gòu)模型并進(jìn)行了振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，研究表明CFRP在墻體開(kāi)裂后能有效地約束裂縫的進(jìn)一步發(fā)展，提高了結(jié)構(gòu)的整體性；在Ⅶ度大震作用下模型沒(méi)有發(fā)生嚴(yán)重破壞，表明CFRP加固能有效提高砌體結(jié)構(gòu)的變形能力和抗震承載能力。此外，還對(duì)用CFRP加固的已開(kāi)裂砌體結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)。研究表明，CFRP布能有效減緩已開(kāi)裂砌體結(jié)構(gòu)的剛度退化并提高抗震能力；相較無(wú)初始開(kāi)裂的砌體結(jié)構(gòu)，初始裂縫的存在使CFRP布能更有效的發(fā)揮其加固效果。

雷真等[7]對(duì)一棟縮尺比例為1∶4的三層砌體結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，對(duì)比分析預(yù)震損和震損后BFRP加固兩次試驗(yàn)，結(jié)果表明外貼BFRP可明顯增強(qiáng)受損砌體結(jié)構(gòu)的整體性，有效提高結(jié)構(gòu)抗震性能，阻止原有裂縫的發(fā)展并使加固后的墻片在地震作用下裂縫分布更均勻；BFRP加固法是一種有效的震后砌體結(jié)構(gòu)快速加固方法，試驗(yàn)中以BFRP剝離破壞為主，采取有效錨固措施可延緩剝離現(xiàn)象。

Mohamed等[8]對(duì)采用FRP加固的砌體墻進(jìn)行了振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，對(duì)比分析加固和未加固試件的橫向強(qiáng)度、橫向位移、最大應(yīng)變、破壞模式，結(jié)果表明：FRP加固技術(shù)在提高砌體墻的面內(nèi)強(qiáng)度、剛度和變形性方面是有效的，且FRP片材沒(méi)有改變?cè)嚇拥幕l和初始剛度。

以上振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究均顯示FRP加固后的砌體結(jié)構(gòu)整體性和變形能力有所提高，但多為定性研究，針對(duì)不同F(xiàn)RP加固方法有效性的定量研究則多采用擬靜力試驗(yàn)。

1.1.2 擬靜力試驗(yàn)

FRP加固砌體墻構(gòu)件抗震性能方面定量的研究，以擬靜力試驗(yàn)為主。在砌體墻擬靜力試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，從承載力和變形能力兩方面分析不同加固方法對(duì)墻體抗震性能的影響。

張祥順等[9]對(duì)CFRP加固和未加固砌體結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行擬靜力試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)采用逐級(jí)加荷法，開(kāi)裂前按荷載控制，開(kāi)裂后按位移控制(開(kāi)裂后每級(jí)循環(huán)兩次)，達(dá)到極限荷載后繼續(xù)按位移控制，直至墻體喪失承載能力。試驗(yàn)結(jié)果表明CFRP加固墻體的開(kāi)裂荷載提高了28.6%，延性系數(shù)和耗能系數(shù)分別提高了20.4%和59.1%，CFRP能明顯改善砌體結(jié)構(gòu)的抗震性能。

王繼兵等[10]對(duì)無(wú)筋砌體墻進(jìn)行擬靜力試驗(yàn)，得到滯回曲線(xiàn)、骨架曲線(xiàn)，并分析加固前后墻體的受力性能、耗能及剛度退化等，結(jié)果表明BFRP布加固能顯著提升砌體結(jié)構(gòu)的抗震性能，墻體的極限荷載和開(kāi)裂荷載分別提升了53.9%和224.6%，且具有較好的耗能能力。

葉斌等[11]對(duì)采用AFRP加固的四片黏土磚墻在低周往復(fù)荷載作用下試驗(yàn)，結(jié)果顯示加固后的滯回曲線(xiàn)包絡(luò)面積明顯增大，滯回環(huán)飽滿(mǎn)，墻體的側(cè)移角和延性系數(shù)均明顯增大，抗震性能顯著改善；且AFRP相較CFRP平整度要求較低，施工工藝更簡(jiǎn)單，可操作性更強(qiáng)。

褚少輝等[12]對(duì)BFRP加固的無(wú)構(gòu)造柱砌體墻模型進(jìn)行了低周反復(fù)荷載試驗(yàn)。研究表明，加固后墻體的極限荷載和極限位移均有較大的提升，但隨著試件破壞程度增大，加固效果降低，建議實(shí)際工程中應(yīng)及早采取加固措施。

Capozucca等[13]對(duì)采用GFRP單側(cè)加固的歷史磚墻進(jìn)行了擬靜力試驗(yàn)。研究表明GFRP加固的墻體發(fā)生破壞是由于砌體開(kāi)裂，局部脫粘后GFRP加固失效；隨著試驗(yàn)加載的增大，GFRP材料逐漸強(qiáng)化，提高了整體的變形和耗能能力。

Reboul等[14]用空心混凝土砌塊砌筑了五道磚墻，分別采用CFRP和GFRP加固并進(jìn)行擬靜力試驗(yàn)。研究表明，五組加固墻體的極限抗剪承載力和延性都有明顯的改善，極限承載力提高幅度在128%～267%之間，GFRP能有效延緩破壞的開(kāi)始，墻體的耗能能力得到了提高。

大量的FRP加固砌體墻擬靜力試驗(yàn)研究表明：采用不同類(lèi)型、不同方法FRP加固后的砌體墻抗剪承載力、延性和耗能能力均有一定程度的提高，但其提高幅度與加固方法密切相關(guān)。

1.2 平面外彎曲性能試驗(yàn)

國(guó)內(nèi)外對(duì)FRP加固砌體結(jié)構(gòu)的平面內(nèi)力學(xué)性能(強(qiáng)度、剛度等)研究已較成熟，但對(duì)平面外承載力的研究較少。目前已有的FRP加固砌體墻平面外力學(xué)性能試驗(yàn)研究多為加固后墻體的平面外抗彎承載力研究，將平面外受彎和平面內(nèi)受剪分開(kāi)考慮，沒(méi)有考慮地震作用時(shí)彎曲和剪切的相互影響。

王全鳳等[15]對(duì)采用GFRP加固的帶壁柱磚墻進(jìn)行單調(diào)擬靜力試驗(yàn)，并研究其平面外受彎性能，結(jié)果表明采用GFRP 加固帶壁柱磚墻, 可以有效地提高磚墻的抗彎承載能力；且應(yīng)采用均勻的對(duì)稱(chēng)加固，避免墻體裂縫發(fā)展不對(duì)稱(chēng)所造成的負(fù)面影響。

劉驥夫[16]對(duì)GFRP加固的實(shí)心黏土磚進(jìn)行試驗(yàn)，采用4點(diǎn)彎曲作為加載方式，試件砌塊的類(lèi)型有兩種，一種為沿通縫受彎，另一種為沿齒縫受彎。試驗(yàn)結(jié)果表明GFRP加固能有效提高砌體墻平面外受彎承載力以及變形能力，且沿通縫彎曲的試件的平面外受彎承載力提高幅度更大，加固效果更明顯；試件的承載力峰值主要取決于砌體材料，并不會(huì)隨粘貼層數(shù)的增加而提升，且GFRP加固對(duì)砂漿強(qiáng)度較低的試件荷載峰值提高幅度更大。

陳凡[17]對(duì)GFRP加固帶壁柱磚墻的平面外抗彎性能進(jìn)行試驗(yàn)，研究豎向荷載、GFRP布的加固量和磚砌體強(qiáng)度三個(gè)因素對(duì)加固磚墻平面外抗彎性能的影響，由試驗(yàn)結(jié)果分析認(rèn)為，采用GFRP對(duì)帶壁柱磚墻進(jìn)行加固，可以有效地提高磚墻的平面外抗彎能力，即可以提高磚墻的極限承載力，從而提高磚墻的平面外受荷性能；并推導(dǎo)出GFRP加固帶壁柱磚墻平面外抗彎極限承載力的理論計(jì)算公式。

Tan等[18]分別用CFRP、GFRP、WCR加固了30片砌體墻進(jìn)行平面外力學(xué)性能試驗(yàn)，結(jié)果表明加固后砌體墻的平面外強(qiáng)度大幅提升，且給出了加固后墻體受彎的四種破壞模式：砌塊沖剪破壞、砌體與FRP片材剝離破壞、彎曲壓縮破壞、FRP材料拉斷，并指出合適的端部錨固措施可以有效防止FRP過(guò)早脫落引起的破壞。

Hamiltotn等[19]采用氣囊加載的方式對(duì)GFRP加固磚墻進(jìn)行平面外抗彎試驗(yàn)，對(duì)加固后墻體的平面外抗彎承載力、GFRP的剝離以及破壞模式進(jìn)行了深入的分析；對(duì)高墻(高4.7m)和矮墻(高1.8m)分別進(jìn)行試驗(yàn)，提出了一般抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)方程，并討論了加固率對(duì)抗彎強(qiáng)度的影響。

Albert等[20]對(duì)高度為4m的10面墻分兩個(gè)系列進(jìn)行了13次試驗(yàn)，通過(guò)研究FRP的類(lèi)型、加固層數(shù)、粘貼布局形式、軸向壓力的影響以及循環(huán)加載方式等參數(shù)，得出FRP加固能有效提高砌體墻的平面外抗彎承載力；討論了荷載撓度和應(yīng)變特性，對(duì)失效模式進(jìn)行了識(shí)別和分類(lèi)：砂漿剝離、彎剪破壞、彎曲破壞；并提出了一個(gè)簡(jiǎn)單的分析模型，把荷載-撓度曲線(xiàn)分為兩個(gè)階段：第一階段是非線(xiàn)性的，代表了砌體材料的剛度貢獻(xiàn)；第二階段是線(xiàn)性的，表示FRP的剛度貢獻(xiàn)。

以上研究主要是針對(duì)單墻構(gòu)件的試驗(yàn)研究，砌體墻平面外抗彎能力的提高有利于提高砌體結(jié)構(gòu)的整體性，增強(qiáng)砌體房屋整體抗倒塌能力，綜合考慮FRP加固對(duì)縱橫墻的抗彎和抗剪能力整體提升效果值得進(jìn)一步研究。

1.3 界面粘結(jié)性能試驗(yàn)

FRP材料與磚砌塊界面的力學(xué)行為是FRP加固砌體結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵問(wèn)題， FRP具有很高的抗拉強(qiáng)度，在實(shí)際工程應(yīng)用中，加固砌體發(fā)生破壞往往不是因?yàn)镕RP被拉斷，而是因?yàn)镕RP與砌體界面的粘結(jié)強(qiáng)度不足導(dǎo)致。試驗(yàn)研究大多集中于FRP脫粘的原因、界面粘結(jié)破壞模式、影響界面粘結(jié)力的因素等方面。

李鐵軍等[21]對(duì)外貼FRP片材加固砌體構(gòu)件進(jìn)行試驗(yàn)研究并對(duì)結(jié)果統(tǒng)計(jì)回歸分析，兩種粘接滑移本構(gòu)數(shù)學(xué)模型(Popovics模型和雙曲線(xiàn)模型)預(yù)測(cè)曲線(xiàn)與試驗(yàn)結(jié)果均大致相同，表明粘結(jié)強(qiáng)度取決于砌體本身的強(qiáng)度；加載至一定范圍時(shí)，粘結(jié)應(yīng)力峰值無(wú)法提升以及粘結(jié)長(zhǎng)度局部有效，是由粘結(jié)面剝離導(dǎo)致。

王全鳳等[22]通過(guò)對(duì)GFRP和磚粘結(jié)界面建立界面剝離模型，假設(shè)界面分為FRP布、膠層、磚塊三層，中間膠層起傳遞剪力作用；根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果把整個(gè)界面剝離的過(guò)程分為彈性階段、彈性-塑性階段、彈性-塑性-剝離階段、塑性-剝離階段，并對(duì)不同的階段建模分析后與單面剪切試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，理論推導(dǎo)公式計(jì)算出來(lái)的曲線(xiàn)均與試驗(yàn)曲線(xiàn)大致吻合，表明建立的界面剝離模型能很好地演示實(shí)際的剝離破壞過(guò)程。

劉明等[23]采用搭接接頭雙剪試驗(yàn)方法研究FRP加固砌體的抗剪粘結(jié)強(qiáng)度，試驗(yàn)結(jié)果表明界面出現(xiàn)粘結(jié)破壞首先是因?yàn)槠鲶w自身強(qiáng)度不足引起的剝離破壞，有效粘結(jié)長(zhǎng)度主要取決于塊材與纖維的界面粘結(jié)強(qiáng)度，與纖維的類(lèi)型和砂漿強(qiáng)度關(guān)系不大，砂漿強(qiáng)度對(duì)GFRP試件拉拔力和纖維應(yīng)變關(guān)系曲線(xiàn)影響較小。

Barbieri等[24]在單層剪切試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，考慮到不同的材料，研究了CFRP 與砌體之間的脫粘現(xiàn)象。試驗(yàn)結(jié)果明確了有效粘結(jié)長(zhǎng)度和極限載荷的關(guān)系：當(dāng)有效粘結(jié)長(zhǎng)度低于最小粘結(jié)長(zhǎng)度時(shí)，極限載荷隨著粘結(jié)長(zhǎng)度的增加而增大，極限載荷既取決于斷裂能，也取決于界面剪切應(yīng)力；同時(shí)通過(guò)有限元模型進(jìn)行了理論數(shù)值計(jì)算，通過(guò)數(shù)值和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了有效粘結(jié)長(zhǎng)度對(duì)極限載荷的影響。

Aiello等[25]在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上分析了砌體的幾何形狀、粗糙度、孔隙率對(duì)FRP與砌塊的粘結(jié)性能的影響，認(rèn)為砌塊與FRP材料之間的傳力機(jī)制類(lèi)似鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，橫向FRP條的存在改善了高荷載下的粘結(jié)性能。

Roberto[26]對(duì)FRP加固的歷史磚砌體試件進(jìn)行了拉推剪切試驗(yàn)，討論了幾種破壞模式并對(duì)比分析了數(shù)值結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果，指出砌體的脆性分層破壞是主要的模式，F(xiàn)RP片材與砌體之間發(fā)生破壞是因?yàn)榇u砌塊的表層剝離。

Mazzotti[27]在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，研究不同表面制備、磚型對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的影響，比較磚塊和砌體試件的粘結(jié)行為。結(jié)果顯示，粘結(jié)強(qiáng)度與磚塊的力學(xué)行為密切相關(guān)，砌體試件的粘結(jié)強(qiáng)度相對(duì)砌塊高10%～20%，高質(zhì)量的表面清理能增加大約90mm的有效粘貼長(zhǎng)度。

以上研究均表明FRP加固砌體的破壞形式為FRP材料與砌體的粘結(jié)界面破壞，增加有效粘貼長(zhǎng)度和加強(qiáng)FRP材料與砌體之間的錨固是提高FRP加固砌體整體強(qiáng)度的有效措施。

2 理論研究

將FRP加固技術(shù)廣泛地應(yīng)用到實(shí)際工程，需要一套完善的理論計(jì)算公式，實(shí)際應(yīng)用需要建立在成熟的理論研究上。另外，由于實(shí)驗(yàn)條件有限，很難直接通過(guò)試驗(yàn)對(duì)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行深入研究和機(jī)理探討，而有限元數(shù)值分析能對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)充，有助于進(jìn)一步研究受力機(jī)制。

2.1 抗剪承載力理論分析

國(guó)內(nèi)對(duì)FRP加固砌體結(jié)構(gòu)的理論研究多集中于其抗剪承載力的計(jì)算方法，工程界普遍認(rèn)為在FRP粘貼加固砌體結(jié)構(gòu)中，F(xiàn)RP的作用相當(dāng)于桁架模型中的拉桿[28]?？辜舫休d力計(jì)算理論主要分兩種：

(1)從剪摩理論發(fā)展的磚砌體墻與FRP獨(dú)立工作理論[29]，認(rèn)為FRP加固砌體抗剪承載力為砌體抗剪承載力與FRP提供的抗剪承載力之和。此理論模型認(rèn)為構(gòu)件發(fā)生剪壓破壞，斜裂縫完全穿過(guò)FRP且穿過(guò)位置FRP應(yīng)變相同，不考慮FRP的受壓作用，僅考慮其受拉作用。即

Pwf=Pum+Puf

(1)

式中，Pwf為FRP加固砌體抗剪承載力；Pum為砌體抗剪承載力；Puf為FRP提供的抗剪承載力。

(2)由主拉應(yīng)力理論發(fā)展的磚砌體與FRP共同協(xié)調(diào)工作理論[30-31]，主要是針對(duì)粘貼豎向和斜向FRP的砌體結(jié)構(gòu)抗剪計(jì)算；由于FRP的應(yīng)力分布極不均勻，并不滿(mǎn)足假設(shè)條件，只適用于加載至砌體開(kāi)裂階段。

樊越[32]在試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，指出了此兩種理論的不足并提出了3點(diǎn)補(bǔ)充：確定CFRP應(yīng)力大小；針對(duì)砌體破壞形態(tài)驗(yàn)算；針對(duì)砌體剪壓相關(guān)性驗(yàn)算。

2.2 有限元數(shù)值分析

砌體結(jié)構(gòu)采用有限元建模的關(guān)鍵在于，如何考慮砂漿和砌塊的關(guān)系，一般有兩種處理方法[33]：

(1)整體考慮，把砌塊和砂漿作為一個(gè)整體，忽略?xún)烧咝再|(zhì)的不同，均質(zhì)化處理后建立模型，這樣的好處是建模簡(jiǎn)單，計(jì)算效率高。但計(jì)算結(jié)果與實(shí)際結(jié)果有差距，無(wú)法精確模擬受力特性等，不能得到準(zhǔn)確的結(jié)果。

(2)分開(kāi)考慮，將砌塊和砂漿分不同單元考慮，認(rèn)為砌塊是一種彈性塊材嵌入非彈性的砂漿，建模時(shí)需調(diào)整塊材和砂漿之間的接觸關(guān)系，建立墻體的離散型模型。此法能較準(zhǔn)確的研究FRP加固的效果，但精確度提升的同時(shí)也導(dǎo)致計(jì)算量驟增，有限元模型更復(fù)雜。

原勝利[33]將塊體和砂漿分不同單元考慮，用ANSYS對(duì)CFRP加固砌體結(jié)構(gòu)墻體進(jìn)行模擬分析，用零厚度接觸單元模擬砂漿，磚塊采用Plane42單元，CFRP采用多層殼單元Shell81、膜單元Shell41，建立離散型墻體模型。通過(guò)數(shù)值模擬得到的極限抗剪荷載值與試驗(yàn)所得到的值非常接近。

左宏亮等[34]用ANSYS把砌塊和砂漿作為整體考慮建立有限元模型，對(duì)墻體和砌塊的應(yīng)力分別進(jìn)行分析，研究5種不同的粘貼方式對(duì)加固后墻體的抗剪承載力的影響。試驗(yàn)得到的抗剪承載力與數(shù)值模擬的值非常接近。

李維娜[35]對(duì)開(kāi)窗洞墻體進(jìn)行試驗(yàn)，利用ANSYS對(duì)試件建模，砂漿用厚度為零的接觸單元建模，砌塊為Plane42單元，CFRP用Shell41膜單元建模，對(duì)碳纖維加固片材進(jìn)行受力分析和應(yīng)力分析并將試驗(yàn)結(jié)果與ANSYS有限元理論分析結(jié)果對(duì)比。發(fā)現(xiàn)有限元計(jì)算的結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合度較高，提出加固后砌體抗剪承載力的簡(jiǎn)化理論計(jì)算公式，指出這種分析方法是可靠、可行的。

楊丹萍[36]用ABAQUS采用整體式建模方法，對(duì)9片無(wú)筋砌體墻進(jìn)行模擬，通過(guò)與試驗(yàn)數(shù)值進(jìn)行對(duì)比，研究加固方式、螺栓錨固等對(duì)BFRP加固砌體墻的抗震性能的影響；9組骨架曲線(xiàn)的試驗(yàn)值和模擬值吻合良好。并整合各規(guī)范提出了螺栓與BFRP共同加固后砌體墻的抗剪承載力公式，公式所得結(jié)果與模擬結(jié)果吻合較好。

陳瑩等[37]用ANSYS7.0對(duì)GFRP和磚粘結(jié)界面進(jìn)行非線(xiàn)性有限元分析，用Solid65單元對(duì)磚進(jìn)行模擬，用Shell41單元對(duì)GFRP進(jìn)行模擬，采用接觸單元法對(duì)GFRP與磚進(jìn)行連接，研究粘結(jié)長(zhǎng)度、粘結(jié)寬度與極限粘結(jié)荷載的關(guān)系。粘結(jié)長(zhǎng)度超過(guò)有效長(zhǎng)度后，極限粘結(jié)荷載增長(zhǎng)緩慢；而粘結(jié)寬度增加，極限粘結(jié)荷載明顯提高。數(shù)值模擬得到的結(jié)果與試驗(yàn)現(xiàn)象較吻合。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)FRP加固砌體技術(shù)做了一系列理論研究，通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)提出了一些經(jīng)驗(yàn)公式，但是還沒(méi)有形成一套完整、系統(tǒng)的理論計(jì)算方法。對(duì)于有限元數(shù)值分析，大都是對(duì)單片加固墻進(jìn)行整體式建模，再利用單片墻的試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)調(diào)整墻體模型的本構(gòu)關(guān)系，用調(diào)整后的本構(gòu)關(guān)系建立大型砌體結(jié)構(gòu)的模型，這種方法計(jì)算效率高，但缺乏對(duì)實(shí)際砂漿與磚塊、各構(gòu)件之間的相互作用和結(jié)構(gòu)整體性的考慮，與實(shí)際結(jié)果會(huì)有差距。

3 研究展望

FRP加固能有效提高砌體結(jié)構(gòu)的延性和極限承載力，延緩破壞的發(fā)展。FRP加固墻體的平面外性能的研究不夠成熟，地震下砌體結(jié)構(gòu)的傳力機(jī)制非常復(fù)雜，大部分試驗(yàn)僅單獨(dú)考慮墻體平面外受彎，對(duì)于彎剪相互作用的認(rèn)知不太深入。FRP加固墻體的破壞均是由于FRP與墻體之間脫粘導(dǎo)致，F(xiàn)RP材料的高抗拉強(qiáng)度等特性沒(méi)有充分發(fā)揮，造成了材料性能浪費(fèi)，不符合實(shí)際工程的性?xún)r(jià)比最優(yōu)原則；且國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于界面破壞模式的機(jī)理認(rèn)知有所欠缺，對(duì)于FRP加固砌體墻的錨固措施和粘貼形式還有待進(jìn)一步研究。

從目前的研究和應(yīng)用情況來(lái)看，F(xiàn)RP加固砌體結(jié)構(gòu)技術(shù)已取得了很大的進(jìn)展。FRP加固技術(shù)能在不增加砌體結(jié)構(gòu)自重的情況下，有效提高砌體結(jié)構(gòu)的抗彎、抗剪承載能力，提高房屋整體性和抗震性能，但FRP加固也存在長(zhǎng)期耐高溫性能差、粘結(jié)性能有待提高、老化現(xiàn)象和表面易破損等不足。

綜上所述，認(rèn)為FRP加固砌體結(jié)構(gòu)有以下幾個(gè)方面有待進(jìn)一步研究：

(1)FRP加固砌體結(jié)構(gòu)的抗火性能。FRP是纖維布材和樹(shù)脂基材的復(fù)合材料，抗火、長(zhǎng)期抗高溫性能較差；用于粘結(jié)的環(huán)氧樹(shù)脂膠的工作溫度一般在-50℃至+150℃，火災(zāi)中會(huì)很快玻璃化轉(zhuǎn)變、喪失粘結(jié)能力，導(dǎo)致加固失效。如何采取措施來(lái)增強(qiáng)FRP加固技術(shù)的抗火性能有待進(jìn)一步研究。

(2)預(yù)應(yīng)力FRP的研究。預(yù)應(yīng)力的方法能充分發(fā)揮纖維材料的高抗拉強(qiáng)度，更經(jīng)濟(jì)、更有效的實(shí)現(xiàn)加固效果，但目前對(duì)這方面的研究不完善。

(3)更有效的錨固措施和粘結(jié)形式。試驗(yàn)證明FRP加固后的結(jié)構(gòu)破壞大都是界面剝離，而施加錨固措施能增強(qiáng)界面的粘結(jié)力，且不同粘結(jié)形式的加固效果也有差異，在進(jìn)一步認(rèn)清界面剝離機(jī)理的基礎(chǔ)上，有待探究更優(yōu)的錨固措施和粘貼形式。

從經(jīng)濟(jì)性角度來(lái)看，F(xiàn)RP加固砌體往往是因?yàn)镕RP的剝離破壞或砌體墻自身剪切破壞，而非FRP材料的受拉破壞；另外，加固FRP材料需有良好的延伸率才更有效提高加固砌體的抗震耗能能力，GFRP的延伸率大約是CFRP的兩倍，且GFRP的價(jià)格相對(duì)CFRP低的多。因此，綜合考慮材料的工作機(jī)理、利用率、延伸率以及造價(jià)等因素，使用GFRP加固砌體結(jié)構(gòu)性?xún)r(jià)比更高。