淺談纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（FRP）在木結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

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 可以通過對(duì)木材局部缺陷的橋接來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 纖維布通過環(huán)氧樹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起到加固的效果。

目前，這種加固方式最為常見，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，國內(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)件長度創(chuàng)建一個(gè)溝槽，放置FRP 筋，并填充膠體。

目前，國內(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)在地震中損傷也很嚴(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

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。