國內(nèi)FRP加固修復(fù)木結(jié)構(gòu)研究進(jìn)展

摘要：通過對現(xiàn)有國內(nèi)FRP加固修復(fù)木結(jié)構(gòu)的研究分析，總結(jié)歸納了FRP加固修復(fù)木結(jié)構(gòu)梁、柱、節(jié)點(diǎn)的力學(xué)性能，并針對此前研究的不完善的地方提出合理化建議，希望能推動(dòng)FRP加固修復(fù)木結(jié)構(gòu)的研究和應(yīng)用進(jìn)程。

關(guān)鍵詞：FRP;木結(jié)構(gòu);加固修復(fù)

木結(jié)構(gòu)是我國古代傳統(tǒng)建筑中最重要的結(jié)構(gòu)形式，具有極高的歷史研究價(jià)值，國內(nèi)大量木結(jié)構(gòu)古建筑被保存下來。然而木材本身具有易開裂變形等缺陷，在自然因素與人為因素的長期作用下，易產(chǎn)生不同形式的破壞，主要破壞形式有構(gòu)件開裂、材料腐朽、彎垂變形等，因此對木結(jié)構(gòu)古建筑的修繕加固具有重要意義。古建筑木結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)加固方法有替補(bǔ)與墩接、支頂加固、更換構(gòu)件、化學(xué)灌漿、鐵件加固等。傳統(tǒng)加固方法往往施工周期長、改變結(jié)構(gòu)原貌，且不完全符合古建筑“修舊如舊”的原則。此外，近年來我國現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑不斷發(fā)展，當(dāng)木構(gòu)件在大跨度結(jié)構(gòu)中應(yīng)用時(shí)不能滿足安全強(qiáng)度要求時(shí)，常常利用用增強(qiáng)措施來加強(qiáng)木構(gòu)件。

1 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料

隨著科技發(fā)展與新材料的應(yīng)用，纖維增強(qiáng)材料（FRP）具備質(zhì)量輕、抗拉強(qiáng)度高、抗腐蝕、施工快捷等特點(diǎn)，已得到廣泛使用。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料應(yīng)用形態(tài)主要有片材、筋材和型材，纖維布的主要力學(xué)性能指標(biāo)[1]。文章總結(jié)了我國FRP加固修復(fù)木結(jié)構(gòu)的研究成果，指出了FRP加固木結(jié)構(gòu)的不足，提出了今后研究的一些建議。

2 研究現(xiàn)狀

2.1 FRP加固修復(fù)木梁的研究

FRP可以有效提高木梁的抗彎性能，常用方法是將FRP布粘貼在木梁底部或在梁底開槽布置FRP筋。研究內(nèi)容包括界面粘結(jié)力、承載力等，變化參數(shù)包括配筋率、木梁尺寸、配筋位置等。研究發(fā)現(xiàn)，粘貼碳纖維布（CRFP）于木梁受拉面可提高木梁的極限承載力和剛度[2];將碳纖維布布置在木梁受拉區(qū)增強(qiáng)后裂縫減少、裂縫寬度減小，增強(qiáng)后梁的彈性模量、極限荷載、初始抗彎剛度均得到提高[3];在木梁受拉區(qū)配置玄武巖纖維（BFRP）筋能改善木梁的延性性能并延緩受拉脆性破壞[4]。

國內(nèi)還有學(xué)者開展了FRP布用于加固修復(fù)破損木梁的試驗(yàn)研究。在木梁受拉側(cè)挖出一定截面高度木材模擬木梁損壞狀態(tài)，用強(qiáng)力膠填充同一材質(zhì)木塊后在梁底粘貼碳纖維布，可以有效恢復(fù)和提高截面承載力， 梁的變形受到約束，剛度和延性得到提高[5];將圓截面木梁先靜載破壞以模擬受損狀態(tài)，依據(jù)木梁受損特點(diǎn)，采用玄武巖纖維布以不同方法加固后，木梁的承載能力、延性及剛度均得到提高，當(dāng)損傷特點(diǎn)識別清楚、縱環(huán)向適當(dāng)配合粘貼，粘貼BFRP層數(shù)增加時(shí)加固效果增強(qiáng)[6];對有木節(jié)等缺陷的木梁在受拉區(qū)用碳纖維布粘貼能很好地起到加固效果[7]。

2.2 FRP加固修復(fù)木柱的研究

FRP可以有效提高木柱的抗壓性能，當(dāng)前試驗(yàn)研究多采用FRP加固軸心受壓狀態(tài)下的木柱，研究內(nèi)容包括不同粘貼層數(shù)及粘貼方式對木柱力學(xué)性能的影響[8]。研究結(jié)果表明，用玻璃纖維（GFRP）橫向加固可抑制木柱縱向開裂，同時(shí)縱向加固能抑制木柱偏向受壓而失穩(wěn)[9];BFRP間隔粘貼加固新疆楊木柱，研究發(fā)現(xiàn)，橫向粘貼BFRP布能約束木柱的橫向變形，改善木柱的極限承載力、縱向變形能力以及延性[10];采用完好木塊對圓木柱進(jìn)行局部更換，用水平向碳纖維布將接縫處包裹加固，木柱的抗壓承載力可得到恢復(fù)[11];對CFRP加固短木柱進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)短木柱的力學(xué)性能受倒角半徑的影響不大， 主要與碳纖維布層數(shù)有關(guān)，且粘貼2層CFRP比粘貼1層的加固效果好[12]。

2.3 FRP加固修復(fù)木結(jié)構(gòu)榫卯節(jié)點(diǎn)的研究

木結(jié)構(gòu)建筑的榫卯節(jié)點(diǎn)具有耗能減震的作用，因此研究木結(jié)構(gòu)榫卯節(jié)點(diǎn)的加固具有重要意義，有學(xué)者進(jìn)行了FRP加固木結(jié)構(gòu)榫卯節(jié)點(diǎn)的試驗(yàn)研究。研究表明，用玄武巖纖維布斜向45°螺旋狀纏繞粘貼加固木結(jié)構(gòu)榫卯節(jié)點(diǎn)，榫卯節(jié)點(diǎn)的承載力以及剛度得到顯著提高[13];用碳纖維布加固木結(jié)構(gòu)榫卯節(jié)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)整體的耗能減震效果良好[14];使用CFRP加固木構(gòu)架榫卯節(jié)點(diǎn)，強(qiáng)度和剛度能恢復(fù)到未損壞之前[15];用碳纖維布加固直榫節(jié)點(diǎn)可以顯著降低節(jié)點(diǎn)位移、延緩到達(dá)屈服位移的時(shí)間以及提高節(jié)點(diǎn)能夠承受的水平極限荷載，加固效果隨著豎向荷載的增大而提高，加固后節(jié)點(diǎn)的抗震性能基本能還原到最初狀態(tài)，碳纖維布適合用于加固輕微損壞的結(jié)構(gòu)[16]。

3 展望

近年來，我國關(guān)于FRP加固修復(fù)木結(jié)構(gòu)的研究取得了一定的成果，但是仍存在一些亟待解決的問題，以下針對木結(jié)構(gòu)加固修復(fù)研究方面的一些問題以及未來研究的方向提出如下建議：

1）隨著材料科學(xué)與建筑技術(shù)的發(fā)展，采用節(jié)能環(huán)保的新型FRP材料以及施加預(yù)應(yīng)力等新方法加固修復(fù)木結(jié)構(gòu)。

2）木材可燃且不耐火，應(yīng)增加FRP加固木結(jié)構(gòu)的耐火性能的研究。

3）震害發(fā)生時(shí)往往建筑物受損嚴(yán)重。應(yīng)增加對FRP加固木結(jié)構(gòu)的抗震性能的研究。

4）目前國內(nèi)FRP增強(qiáng)加固木結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)中，試件數(shù)量基本在4個(gè)至50個(gè)之間，由于木材屬于各向異性材料，內(nèi)部往往存在多種細(xì)微缺陷，材料性能變異性較大，國外同類試驗(yàn)試件數(shù)量一般在幾十個(gè)以上，有的多達(dá)200個(gè)以上。此外，國內(nèi)學(xué)者開展關(guān)于FRP增強(qiáng)加固木結(jié)構(gòu)的長期性能試驗(yàn)較少。因此需要增加試驗(yàn)的試件數(shù)量，增加長期試驗(yàn)研究。

5）近年來，木-混凝土結(jié)構(gòu)逐漸成為熱點(diǎn)研究對象，應(yīng)對FRP加固木-混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行試驗(yàn)研究。

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作者簡介：張?zhí)K杭（1995-），男，安徽安慶人，東北林業(yè)大學(xué)土木水利專業(yè)在讀碩士研究生。專業(yè)方向?yàn)槟窘Y(jié)構(gòu)加固。

東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院 黑龍江 哈爾濱 150040