国内FRP加固修复木结构研究进展

摘要：通过对现有国内FRP加固修复木结构的研究分析，总结归纳了FRP加固修复木结构梁、柱、节点的力学性能，并针对此前研究的不完善的地方提出合理化建议，希望能推动FRP加固修复木结构的研究和应用进程。

关键词：FRP;木结构;加固修复

木结构是我国古代传统建筑中最重要的结构形式，具有极高的历史研究价值，国内大量木结构古建筑被保存下来。然而木材本身具有易开裂变形等缺陷，在自然因素与人为因素的长期作用下，易产生不同形式的破坏，主要破坏形式有构件开裂、材料腐朽、弯垂变形等，因此对木结构古建筑的修缮加固具有重要意义。古建筑木结构传统加固方法有替补与墩接、支顶加固、更换构件、化学灌浆、铁件加固等。传统加固方法往往施工周期长、改变结构原貌，且不完全符合古建筑“修旧如旧”的原则。此外，近年来我国现代木结构建筑不断发展，当木构件在大跨度结构中应用时不能满足安全强度要求时，常常利用用增强措施来加强木构件。

1 纤维增强复合材料

随着科技发展与新材料的应用，纤维增强材料（FRP）具备质量轻、抗拉强度高、抗腐蚀、施工快捷等特点，已得到广泛使用。纤维增强复合材料应用形态主要有片材、筋材和型材，纤维布的主要力学性能指标[1]。文章总结了我国FRP加固修复木结构的研究成果，指出了FRP加固木结构的不足，提出了今后研究的一些建议。

2 研究现状

2.1 FRP加固修复木梁的研究

FRP可以有效提高木梁的抗弯性能，常用方法是将FRP布粘贴在木梁底部或在梁底开槽布置FRP筋。研究内容包括界面粘结力、承载力等，变化参数包括配筋率、木梁尺寸、配筋位置等。研究发现，粘贴碳纤维布（CRFP）于木梁受拉面可提高木梁的极限承载力和刚度[2];将碳纤维布布置在木梁受拉区增强后裂缝减少、裂缝宽度减小，增强后梁的弹性模量、极限荷载、初始抗弯刚度均得到提高[3];在木梁受拉区配置玄武岩纤维（BFRP）筋能改善木梁的延性性能并延缓受拉脆性破坏[4]。

国内还有学者开展了FRP布用于加固修复破损木梁的试验研究。在木梁受拉侧挖出一定截面高度木材模拟木梁损坏状态，用强力胶填充同一材质木块后在梁底粘贴碳纤维布，可以有效恢复和提高截面承载力， 梁的变形受到约束，刚度和延性得到提高[5];将圆截面木梁先静载破坏以模拟受损状态，依据木梁受损特点，采用玄武岩纤维布以不同方法加固后，木梁的承载能力、延性及刚度均得到提高，当损伤特点识别清楚、纵环向适当配合粘贴，粘贴BFRP层数增加时加固效果增强[6];对有木节等缺陷的木梁在受拉区用碳纤维布粘贴能很好地起到加固效果[7]。

2.2 FRP加固修复木柱的研究

FRP可以有效提高木柱的抗压性能，当前试验研究多采用FRP加固轴心受压状态下的木柱，研究内容包括不同粘贴层数及粘贴方式对木柱力学性能的影响[8]。研究结果表明，用玻璃纤维（GFRP）横向加固可抑制木柱纵向开裂，同时纵向加固能抑制木柱偏向受压而失稳[9];BFRP间隔粘贴加固新疆杨木柱，研究发现，横向粘贴BFRP布能约束木柱的横向变形，改善木柱的极限承载力、纵向变形能力以及延性[10];采用完好木块对圆木柱进行局部更换，用水平向碳纤维布将接缝处包裹加固，木柱的抗压承载力可得到恢复[11];对CFRP加固短木柱进行试验，发现短木柱的力学性能受倒角半径的影响不大， 主要与碳纤维布层数有关，且粘贴2层CFRP比粘贴1层的加固效果好[12]。

2.3 FRP加固修复木结构榫卯节点的研究

木结构建筑的榫卯节点具有耗能减震的作用，因此研究木结构榫卯节点的加固具有重要意义，有学者进行了FRP加固木结构榫卯节点的试验研究。研究表明，用玄武岩纤维布斜向45°螺旋状缠绕粘贴加固木结构榫卯节点，榫卯节点的承载力以及刚度得到显著提高[13];用碳纤维布加固木结构榫卯节点，结构整体的耗能减震效果良好[14];使用CFRP加固木构架榫卯节点，强度和刚度能恢复到未损坏之前[15];用碳纤维布加固直榫节点可以显著降低节点位移、延缓到达屈服位移的时间以及提高节点能够承受的水平极限荷载，加固效果随着竖向荷载的增大而提高，加固后节点的抗震性能基本能还原到最初状态，碳纤维布适合用于加固轻微损坏的结构[16]。

3 展望

近年来，我国关于FRP加固修复木结构的研究取得了一定的成果，但是仍存在一些亟待解决的问题，以下针对木结构加固修复研究方面的一些问题以及未来研究的方向提出如下建议：

1）随着材料科学与建筑技术的发展，采用节能环保的新型FRP材料以及施加预应力等新方法加固修复木结构。

2）木材可燃且不耐火，應增加FRP加固木结构的耐火性能的研究。

3）震害发生时往往建筑物受损严重。应增加对FRP加固木结构的抗震性能的研究。

4）目前国内FRP增强加固木结构的试验中，试件数量基本在4个至50个之间，由于木材属于各向异性材料，内部往往存在多种细微缺陷，材料性能变异性较大，国外同类试验试件数量一般在几十个以上，有的多达200个以上。此外，国内学者开展关于FRP增强加固木结构的长期性能试验较少。因此需要增加试验的试件数量，增加长期试验研究。

5）近年来，木-混凝土结构逐渐成为热点研究对象，应对FRP加固木-混凝土结构进行试验研究。

参考文献：

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作者簡介：张苏杭（1995-），男，安徽安庆人，东北林业大学土木水利专业在读硕士研究生。专业方向为木结构加固。

东北林业大学土木工程学院 黑龙江 哈尔滨 150040