BFRP加固砖柱轴压性能研究

范子阳+包颖+徐翔宇+马鹏+赖秉洪

摘 要：本次试验制作3根砖柱，采用BFRP全裹加固法对其进行加固，分析轴心受压作用下BFRP加固砖柱的受力性能和破坏形态，探讨BFRP加固对砖柱的承载力影响。试验结果表明：BFRP能显著提高砖柱的极限承载力，BFRP层数的增加对承载力的提升效果并不明显。

关键词：砖柱；玄武岩纤维增强聚合物；加固；极限承载力

我国现存的砌体结构建筑面大量广，这些砌体结构由于设计规范变更、材料老化、施工错误、自然灾害等因素导致了构件不满足现行使用。这些砌体结构中，砖柱作为主要承重构件，其安全性尤为重要。因此，采用有效的加固方法保证砖柱具有足够的承载力和变形能力非常关键。

1 试验概况

本次试验是对旧有的砌体柱进行加固，因此采用二手红砖，红砖的强度通过回弹仪测得，查取《砌体中砖抗压强度回弹法检测规程》，最后获得砖的抗压强度代表值为12.30MPa。

BFRP按照《架构加固修复用玄武岩纤维复合材料》制作测定玄武岩纤维片材力学性能试样5个，通过试验所得数据绘制试件的应力应变曲线，分析数据得到BFRP材料的弹性模量为105GPa和抗拉强度为2100Mpa。

本次试验采用3根普通砖柱为一次砌筑成形，同时制作一组砂浆试块，养护28天。按照《砌体基本力学性能试验方法标准》，砖柱试件的标准尺寸为240mm×370mm×720mm。

本次试验选择BFRP层数作为研究参数，设计了3个试验试件，BFRP层数分别为0层、1层、2层。通过分析不同层数下加固柱的荷载-应变曲线和破坏现象，分析BFRP对普通砖柱的加固效果。

2 试验结果

未加固砖柱B0表面除用以保护柱头柱脚的纤维布缠绕外，无其他纤维布加固，该试验柱的极限承载力为332kN。

加固砖柱B1整个柱身用一层厚度为0.115mm的BFRP纤维布全裹加固，且柱头柱脚分别用15mm宽的BFRP纤维布加固，防止端部效应的影响，该试验柱的极限承载力为660kN。

加固砖柱B2整个柱身用2层厚度为0.115mm的BFRP纤维布全裹加固，且柱头柱脚分别用15mm宽的BFRP纤维布加固，防止端部效应的影响，该试验柱的极限承载力为630kN。

粘贴不同层数BFRP试件的承载力试验结果显示，BFRP加固砖柱，能够提高砖柱的承载力。粘贴一层、两层和三层BFRP的加固柱承载力分别提高98%、90%。考虑砖柱本身的离散型较大这一因素，可以认为，BFRP层数的增加对承载力的提升效果并不明显。

3 工作机理分析

通过分析试验结果可知，使用BFRP加固砌体能有效地提高砌体的轴压抗压强度，并且能够缓解砌体裂缝的出现并控制其发展，避免砌体出现酥碎现象。

可根据砖砌体本身的受压应力状态分析BFRP对砌体的抗压加固机理。以普通砖砌体为研究对象，由于砌体内砂浆层的饱满程度、灰缝的厚薄程度、密实性不均匀以及砖表面不完全平整，导致每块砖在砌体内不能较好地支承在均匀且饱满的垫层上。这样也就导致当砌体受到轴压时，单块砖在砌体中受到不均匀压力，处在弯、剪、扭和局部受压的复合受力状态下，且砖的抗弯、抗剪能力都远低于砖的抗压强度。再者，砖和砂浆在材料性能方面差异较大，两者弹性模量和横向变形不相等，一般情况下砖的横向变形比砂浆横向变形小，砌体在受压条件下两者会相互约束，砖块体内则产生双向的横向拉应力，砂浆内产生双向的横向压应力，这会促使砖在较低压力下提早开裂。

FRP加固砌体可以使整个砌体和FRP布共同承担复合应力，表现出更好的整体受力性能。FRP在浸胶粘贴在砌体表面时，可以提高砌体的抗弯能力、刚度和抗剪能力。

自然人工条件下，砌体砌筑过程中竖向灰缝的填实难以保证，导致砖在竖向灰缝处产生应力集中现象，FRP加固砌体而减弱竖向灰缝处应力集中现象。

单层的BFRP约束砌体结构柱尚不能充分利用BFRP的极限抗拉强度，增加BFRP层数依旧存在轴向应变和应力集中的作用，试验结果也说明增加BFRP层数对承载力的提升效果作用并不明显，因此，对于砌体结构的BFRP全裹加固，增加BFRP层数是没有必要的。

4 主要结论

本文以BFRP层数为研究参数，通过开展BFRP加固砖柱在轴压荷载作用下的实验研究，分析了试件在加载过程中的试验现象和工作机理。本文主要得出了以下结论：

（1）在初始加载阶段，BFRP应变较小，约束力较小，随着荷载的增大，BFRP约束力增强，柱的横向变形得到约束，进而延缓砌体裂缝的发展，显著提高柱子的极限承载力。

（2）随着砌体表面粘贴BFRP层数的增加，本次试验中试件的极限承载力并没有得到有效提升，说明BFRP层数的增加对承载力的提升效果并不明显。

参考文献

[1] 覃革军.如何做好砌体结构房屋加固方法的探析[J].施工技术，2009 （16）：408-410.

[2] 周新华，徐飚.砖混结构中常见砌体损坏现象的预防[J].治淮， 2004（12）：44-45.

[3] 赵海东，杨金贤.FRP复合材料在砌体结构加固中的实践应用[J].四川建筑科学研究，2011，37（2）：107-110.

[4] 符晶华，符蓉，阮班席等.复杂建筑结构加固及其检测方法研究[J].武汉科技大学学报（自然科学版），2006，29（6）：640-644.

[5] 江苏省住房和城乡建设厅.砌体中砖抗压强度回弹法检测规程（DGJ32）[S].

[6] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.架构加固修复用玄武岩纤维复合材料（GB/T 26745-2011）[M].北京：中国标准出版社，2012.

[7] 中华人民共和国建设部，四川省建设委员会.砌体基本力学性能试验方法标准（GBJ129-90）[M].中国建筑工业出版社，1991.