BFRP加固磚柱軸壓性能研究

范子陽+包穎+徐翔宇+馬鵬+賴秉洪

摘 要：本次試驗制作3根磚柱，采用BFRP全裹加固法對其進行加固，分析軸心受壓作用下BFRP加固磚柱的受力性能和破壞形態，探討BFRP加固對磚柱的承載力影響。試驗結果表明：BFRP能顯著提高磚柱的極限承載力，BFRP層數的增加對承載力的提升效果并不明顯。

關鍵詞：磚柱；玄武巖纖維增強聚合物；加固；極限承載力

我國現存的砌體結構建筑面大量廣，這些砌體結構由于設計規范變更、材料老化、施工錯誤、自然災害等因素導致了構件不滿足現行使用。這些砌體結構中，磚柱作為主要承重構件，其安全性尤為重要。因此，采用有效的加固方法保證磚柱具有足夠的承載力和變形能力非常關鍵。

1 試驗概況

本次試驗是對舊有的砌體柱進行加固，因此采用二手紅磚，紅磚的強度通過回彈儀測得，查取《砌體中磚抗壓強度回彈法檢測規程》，最后獲得磚的抗壓強度代表值為12.30MPa。

BFRP按照《架構加固修復用玄武巖纖維復合材料》制作測定玄武巖纖維片材力學性能試樣5個，通過試驗所得數據繪制試件的應力應變曲線，分析數據得到BFRP材料的彈性模量為105GPa和抗拉強度為2100Mpa。

本次試驗采用3根普通磚柱為一次砌筑成形，同時制作一組砂漿試塊，養護28天。按照《砌體基本力學性能試驗方法標準》，磚柱試件的標準尺寸為240mm×370mm×720mm。

本次試驗選擇BFRP層數作為研究參數，設計了3個試驗試件，BFRP層數分別為0層、1層、2層。通過分析不同層數下加固柱的荷載-應變曲線和破壞現象，分析BFRP對普通磚柱的加固效果。

2 試驗結果

未加固磚柱B0表面除用以保護柱頭柱腳的纖維布纏繞外，無其他纖維布加固，該試驗柱的極限承載力為332kN。

加固磚柱B1整個柱身用一層厚度為0.115mm的BFRP纖維布全裹加固，且柱頭柱腳分別用15mm寬的BFRP纖維布加固，防止端部效應的影響，該試驗柱的極限承載力為660kN。

加固磚柱B2整個柱身用2層厚度為0.115mm的BFRP纖維布全裹加固，且柱頭柱腳分別用15mm寬的BFRP纖維布加固，防止端部效應的影響，該試驗柱的極限承載力為630kN。

粘貼不同層數BFRP試件的承載力試驗結果顯示，BFRP加固磚柱，能夠提高磚柱的承載力。粘貼一層、兩層和三層BFRP的加固柱承載力分別提高98%、90%?？紤]磚柱本身的離散型較大這一因素，可以認為，BFRP層數的增加對承載力的提升效果并不明顯。

3 工作機理分析

通過分析試驗結果可知，使用BFRP加固砌體能有效地提高砌體的軸壓抗壓強度，并且能夠緩解砌體裂縫的出現并控制其發展，避免砌體出現酥碎現象。

可根據磚砌體本身的受壓應力狀態分析BFRP對砌體的抗壓加固機理。以普通磚砌體為研究對象，由于砌體內砂漿層的飽滿程度、灰縫的厚薄程度、密實性不均勻以及磚表面不完全平整，導致每塊磚在砌體內不能較好地支承在均勻且飽滿的墊層上。這樣也就導致當砌體受到軸壓時，單塊磚在砌體中受到不均勻壓力，處在彎、剪、扭和局部受壓的復合受力狀態下，且磚的抗彎、抗剪能力都遠低于磚的抗壓強度。再者，磚和砂漿在材料性能方面差異較大，兩者彈性模量和橫向變形不相等，一般情況下磚的橫向變形比砂漿橫向變形小，砌體在受壓條件下兩者會相互約束，磚塊體內則產生雙向的橫向拉應力，砂漿內產生雙向的橫向壓應力，這會促使磚在較低壓力下提早開裂。

FRP加固砌體可以使整個砌體和FRP布共同承擔復合應力，表現出更好的整體受力性能。FRP在浸膠粘貼在砌體表面時，可以提高砌體的抗彎能力、剛度和抗剪能力。

自然人工條件下，砌體砌筑過程中豎向灰縫的填實難以保證，導致磚在豎向灰縫處產生應力集中現象，FRP加固砌體而減弱豎向灰縫處應力集中現象。

單層的BFRP約束砌體結構柱尚不能充分利用BFRP的極限抗拉強度，增加BFRP層數依舊存在軸向應變和應力集中的作用，試驗結果也說明增加BFRP層數對承載力的提升效果作用并不明顯，因此，對于砌體結構的BFRP全裹加固，增加BFRP層數是沒有必要的。

4 主要結論

本文以BFRP層數為研究參數，通過開展BFRP加固磚柱在軸壓荷載作用下的實驗研究，分析了試件在加載過程中的試驗現象和工作機理。本文主要得出了以下結論：

（1）在初始加載階段，BFRP應變較小，約束力較小，隨著荷載的增大，BFRP約束力增強，柱的橫向變形得到約束，進而延緩砌體裂縫的發展，顯著提高柱子的極限承載力。

（2）隨著砌體表面粘貼BFRP層數的增加，本次試驗中試件的極限承載力并沒有得到有效提升，說明BFRP層數的增加對承載力的提升效果并不明顯。

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