國內FRP加固修復木結構研究進展

摘要：通過對現有國內FRP加固修復木結構的研究分析，總結歸納了FRP加固修復木結構梁、柱、節點的力學性能，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FRP加固修復木結構的研究和應用進程。

關鍵詞：FRP;木結構;加固修復

木結構是我國古代傳統建筑中最重要的結構形式，具有極高的歷史研究價值，國內大量木結構古建筑被保存下來。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，易產生不同形式的破壞，主要破壞形式有構件開裂、材料腐朽、彎垂變形等，因此對木結構古建筑的修繕加固具有重要意義。古建筑木結構傳統加固方法有替補與墩接、支頂加固、更換構件、化學灌漿、鐵件加固等。傳統加固方法往往施工周期長、改變結構原貌，且不完全符合古建筑“修舊如舊”的原則。此外，近年來我國現代木結構建筑不斷發展，當木構件在大跨度結構中應用時不能滿足安全強度要求時，常常利用用增強措施來加強木構件。

1 纖維增強復合材料

隨著科技發展與新材料的應用，纖維增強材料（FRP）具備質量輕、抗拉強度高、抗腐蝕、施工快捷等特點，已得到廣泛使用。纖維增強復合材料應用形態主要有片材、筋材和型材，纖維布的主要力學性能指標[1]。文章總結了我國FRP加固修復木結構的研究成果，指出了FRP加固木結構的不足，提出了今后研究的一些建議。

2 研究現狀

2.1 FRP加固修復木梁的研究

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。研究內容包括界面粘結力、承載力等，變化參數包括配筋率、木梁尺寸、配筋位置等。研究發現，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增強后裂縫減少、裂縫寬度減小，增強后梁的彈性模量、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]。

國內還有學者開展了FRP布用于加固修復破損木梁的試驗研究。在木梁受拉側挖出一定截面高度木材模擬木梁損壞狀態，用強力膠填充同一材質木塊后在梁底粘貼碳纖維布，可以有效恢復和提高截面承載力， 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，依據木梁受損特點，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，當損傷特點識別清楚、縱環向適當配合粘貼，粘貼BFRP層數增加時加固效果增強[6];對有木節等缺陷的木梁在受拉區用碳纖維布粘貼能很好地起到加固效果[7]。

2.2 FRP加固修復木柱的研究

FRP可以有效提高木柱的抗壓性能，當前試驗研究多采用FRP加固軸心受壓狀態下的木柱，研究內容包括不同粘貼層數及粘貼方式對木柱力學性能的影響[8]。研究結果表明，用玻璃纖維（GFRP）橫向加固可抑制木柱縱向開裂，同時縱向加固能抑制木柱偏向受壓而失穩[9];BFRP間隔粘貼加固新疆楊木柱，研究發現，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[11];對CFRP加固短木柱進行試驗，發現短木柱的力學性能受倒角半徑的影響不大， 主要與碳纖維布層數有關，且粘貼2層CFRP比粘貼1層的加固效果好[12]。

2.3 FRP加固修復木結構榫卯節點的研究

木結構建筑的榫卯節點具有耗能減震的作用，因此研究木結構榫卯節點的加固具有重要意義，有學者進行了FRP加固木結構榫卯節點的試驗研究。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構榫卯節點，榫卯節點的承載力以及剛度得到顯著提高[13];用碳纖維布加固木結構榫卯節點，結構整體的耗能減震效果良好[14];使用CFRP加固木構架榫卯節點，強度和剛度能恢復到未損壞之前[15];用碳纖維布加固直榫節點可以顯著降低節點位移、延緩到達屈服位移的時間以及提高節點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，加固后節點的抗震性能基本能還原到最初狀態，碳纖維布適合用于加固輕微損壞的結構[16]。

3 展望

近年來，我國關于FRP加固修復木結構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，以下針對木結構加固修復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）隨著材料科學與建筑技術的發展，采用節能環保的新型FRP材料以及施加預應力等新方法加固修復木結構。

2）木材可燃且不耐火，應增加FRP加固木結構的耐火性能的研究。

3）震害發生時往往建筑物受損嚴重。應增加對FRP加固木結構的抗震性能的研究。

4）目前國內FRP增強加固木結構的試驗中，試件數量基本在4個至50個之間，由于木材屬于各向異性材料，內部往往存在多種細微缺陷，材料性能變異性較大，國外同類試驗試件數量一般在幾十個以上，有的多達200個以上。此外，國內學者開展關于FRP增強加固木結構的長期性能試驗較少。因此需要增加試驗的試件數量，增加長期試驗研究。

5）近年來，木-混凝土結構逐漸成為熱點研究對象，應對FRP加固木-混凝土結構進行試驗研究。

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作者簡介：張蘇杭（1995-），男，安徽安慶人，東北林業大學土木水利專業在讀碩士研究生。專業方向為木結構加固。

東北林業大學土木工程學院 黑龍江 哈爾濱 150040