張志勤

（揚(yáng)州大學(xué)建筑科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225127）

木結(jié)構(gòu)作為我國(guó)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(xiàn)代木結(jié)構(gòu)在發(fā)達(dá)國(guó)家已有百余年歷史，然而木結(jié)構(gòu)卻有耐火差、易腐蝕、易變形、干縮性大、易翹曲等缺點(diǎn)，這使得大量木結(jié)構(gòu)建筑需要被修繕和加固。

纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（FRP）具有質(zhì)量輕，抗拉強(qiáng)度高和耐腐蝕性能好等優(yōu)點(diǎn)，是一種很好的木結(jié)構(gòu)加固材料，并且已廣泛使用多年。FRP 可以通過(guò)對(duì)木材局部缺陷的橋接來(lái)限制甚至阻止局部裂縫的發(fā)展，最終達(dá)到提高結(jié)構(gòu)剛度以及承載力的目的。采用FRP 對(duì)木結(jié)構(gòu)進(jìn)行增強(qiáng)或者加固可極大程度保留建筑物原貌，有很大的應(yīng)用價(jià)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(qiáng)復(fù)合材料。且隨著材料應(yīng)用形態(tài)的不同，其加固方式也各不相同。本文以木梁為加固對(duì)象，對(duì)國(guó)內(nèi)外FRP 對(duì)木結(jié)構(gòu)的加固和修復(fù)技術(shù)進(jìn)行了歸納和總結(jié)，并提出了今后FRP 加固木結(jié)構(gòu)技術(shù)的研究重點(diǎn)。

一、FRP 對(duì)木結(jié)構(gòu)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(guò)環(huán)氧樹(shù)脂膠外貼在木梁的表面。具體可以采用一個(gè)表面粘貼，多個(gè)表面粘貼或者整體纏繞的方式來(lái)起到加固的效果。

目前，這種加固方式最為常見(jiàn)，如Borri 等對(duì)20 根碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP）布加固老舊木梁進(jìn)行了四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)；張莉用CFRP 布對(duì)木梁進(jìn)行加固，通過(guò)梁底CFRP 布的層數(shù)和初始荷載兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行控制；潘毅等對(duì)12 根玄武巖纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（BFRP）布加固圓截面木梁的受彎性能進(jìn)行了研究。研究發(fā)現(xiàn)FRP 布對(duì)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(diǎn)研究加固對(duì)象為膠合木。其加固技術(shù)通常為表面貼裝技術(shù)，即采用環(huán)氧樹(shù)脂膠將FRP 片板粘貼在木梁表面并固化；亦可以采用機(jī)械錨固與膠合錨固相結(jié)合的方式將FRP 板材布置在膠合木梁受拉區(qū)的內(nèi)部。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者就FRP 片板對(duì)木材加固進(jìn)行了研究，如Basterra L 等利用GFRP 板加固低等級(jí)速生材（楊木）制作的膠合木，Payam M 等將GFRP 板應(yīng)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(wèn)題，為其運(yùn)用于結(jié)構(gòu)提供了依據(jù)。也有鄭玉檳等學(xué)者提出在加固用的FRP 板中加入預(yù)應(yīng)力的想法，F(xiàn)RP 采用先張法施加預(yù)應(yīng)力，并采用膠合與機(jī)械相結(jié)合的方式錨固于膠合木梁，最終得出了其預(yù)應(yīng)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(diǎn)研究對(duì)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(gòu)件長(zhǎng)度創(chuàng)建一個(gè)溝槽，放置FRP 筋，并填充膠體。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)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(qiáng)膠合木梁的抗彎性能，探究了有無(wú)粘結(jié)及預(yù)應(yīng)力對(duì)膠合木梁增強(qiáng)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(jié)性能及增強(qiáng)梁的受彎性能；陳愛(ài)軍等研究了BFRP 筋增強(qiáng)膠合木梁的受力性能。研究表明該種類(lèi)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(duì)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(nèi)芯進(jìn)行組合，且目前對(duì)該種加固方式研究較少。如齊玉軍等對(duì)新型拉擠GFRP-輕木組合梁彎曲性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究；張玲峰等對(duì)采用GFRP 型材外殼增強(qiáng)拉擠復(fù)合材料木夾芯梁進(jìn)行了彎曲試驗(yàn)研究。研究發(fā)現(xiàn)該種加固方式對(duì)梁極限承載力及抗彎剛度效果提升顯著。

二、今后研究重點(diǎn)

目前對(duì)木梁的加固方式主要有FRP 布加固，F(xiàn)RP 片板加固，F(xiàn)RP 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(yīng)對(duì)FRP 加固木梁的抗剪機(jī)理和設(shè)計(jì)方法深入研究；（二）由于木結(jié)構(gòu)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(gè)研究重點(diǎn)；（三）木結(jié)構(gòu)在地震中損傷也很?chē)?yán)重，因此FRP 加入木梁的抗震性能也需要深入地去研究。

三、結(jié)語(yǔ)

FRP 加固技術(shù)在木梁加固上的應(yīng)用效果已經(jīng)得到了很好的證明，具體加固方式有FRP 布加固，F(xiàn)RP 片板加固，F(xiàn)RP 筋加固以及FRP 型材加固。這些加固方式對(duì)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(diǎn)為：（一）FRP 加固木梁的抗剪機(jī)理和設(shè)計(jì)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。