淺談纖維增強復合材料（FRP）在木結構中的應用

張志勤

（揚州大學建筑科學與工程學院，江蘇 揚州 225127）

木結構作為我國建筑文化的主要傳承形式，具有悠久的歷史。作為裝配式建筑形式之一的現代木結構在發達國家已有百余年歷史，然而木結構卻有耐火差、易腐蝕、易變形、干縮性大、易翹曲等缺點，這使得大量木結構建筑需要被修繕和加固。

纖維增強復合材料（FRP）具有質量輕，抗拉強度高和耐腐蝕性能好等優點，是一種很好的木結構加固材料，并且已廣泛使用多年。FRP 可以通過對木材局部缺陷的橋接來限制甚至阻止局部裂縫的發展，最終達到提高結構剛度以及承載力的目的。采用FRP 對木結構進行增強或者加固可極大程度保留建筑物原貌，有很大的應用價值。

目前使用的FRP 主要有芳綸纖維（AFRP）、玄武巖纖維（BFRP）、碳纖維（CFRP）和玻璃纖維（GFRP）等纖維增強復合材料。且隨著材料應用形態的不同，其加固方式也各不相同。本文以木梁為加固對象，對國內外FRP 對木結構的加固和修復技術進行了歸納和總結，并提出了今后FRP 加固木結構技術的研究重點。

一、FRP 對木結構的加固

（一）FRP 布加固

FRP 布加固指的是將一層或者多層FRP 纖維布通過環氧樹脂膠外貼在木梁的表面。具體可以采用一個表面粘貼，多個表面粘貼或者整體纏繞的方式來起到加固的效果。

目前，這種加固方式最為常見，如Borri 等對20 根碳纖維增強復合材料（CFRP）布加固老舊木梁進行了四點彎曲試驗；張莉用CFRP 布對木梁進行加固，通過梁底CFRP 布的層數和初始荷載兩個參數進行控制；潘毅等對12 根玄武巖纖維增強復合材料（BFRP）布加固圓截面木梁的受彎性能進行了研究。研究發現FRP 布對木梁加固使得其承載力提高顯著。

（二）FRP 片板加固

FRP 片板加固采用的板材主要有BFRP 板、CFRP 板和GFRP 板，重點研究加固對象為膠合木。其加固技術通常為表面貼裝技術，即采用環氧樹脂膠將FRP 片板粘貼在木梁表面并固化；亦可以采用機械錨固與膠合錨固相結合的方式將FRP 板材布置在膠合木梁受拉區的內部。

近年來，國內外很多學者就FRP 片板對木材加固進行了研究，如Basterra L 等利用GFRP 板加固低等級速生材（楊木）制作的膠合木，Payam M 等將GFRP 板應用于速生材（楊木）制備的木片層積材LSL 中，使用這種加固方式可以改善木材的不均勻性，提高膠合木梁的剛度以及極限承載力，解決了速生材存在的一些問題，為其運用于結構提供了依據。也有鄭玉檳等學者提出在加固用的FRP 板中加入預應力的想法，FRP 采用先張法施加預應力，并采用膠合與機械相結合的方式錨固于膠合木梁，最終得出了其預應力的損失情況。

（三）FRP 筋加固

FRP 筋的加固主要以膠合木梁為重點研究對象，研究其抗彎剛度和極限承載力的提升。具體加固方式為沿著與紋理平行的構件長度創建一個溝槽，放置FRP 筋，并填充膠體。

目前，國內外學者在該種加固方式的研究上取得了大量的研究成果，如鞠冬冬研究了CFRP 筋增強膠合木梁的抗彎性能，探究了有無粘結及預應力對膠合木梁增強效果的影響；Laura De Lorenzis 等研究了CFRP 筋與膠合木之間的界面粘結性能及增強梁的受彎性能；陳愛軍等研究了BFRP 筋增強膠合木梁的受力性能。研究表明該種類型的加固方式可以提升梁的抗彎剛度以及極限承載力。

（五）FRP 型材加固

FRP 型材對木梁的加固具體方式為將FRP 型材外殼采用拉擠成型工藝與木梁內芯進行組合，且目前對該種加固方式研究較少。如齊玉軍等對新型拉擠GFRP-輕木組合梁彎曲性能進行了試驗研究；張玲峰等對采用GFRP 型材外殼增強拉擠復合材料木夾芯梁進行了彎曲試驗研究。研究發現該種加固方式對梁極限承載力及抗彎剛度效果提升顯著。

二、今后研究重點

目前對木梁的加固方式主要有FRP 布加固，FRP 片板加固，FRP 筋加固以及FRP 型材加固，主要研究其短期的受彎性能，并取得了一定成果，在很多其他方面還需要更深入地去研究：具體如下：

（一）應對FRP 加固木梁的抗剪機理和設計方法深入研究；（二）由于木結構易燃、耐火性較差，因此今后FRP 加固木梁的防火性能也是一個研究重點；（三）木結構在地震中損傷也很嚴重，因此FRP 加入木梁的抗震性能也需要深入地去研究。

三、結語

FRP 加固技術在木梁加固上的應用效果已經得到了很好的證明，具體加固方式有FRP 布加固，FRP 片板加固，FRP 筋加固以及FRP 型材加固。這些加固方式對木梁的抗彎剛度和極限承載力提升效果顯著。今后FRP 加固木梁的研究重點為：（一）FRP 加固木梁的抗剪機理和設計方法研究；（二）FRP加固木梁的防火性能研究；（三）FRP 加固木梁的抗震性能研究。