玻璃纤维加固木结构的研究综述.docx

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1、玻璃纤维加固木结构的研究综述摘要：通过对国内外已有的GFRP加固木结构的研究的总结，分析了GFRP加固木结构研究和应用中的相关问题，同时，对其今后的发展和应用前景进行了展望。关键词：GFRP；木结构；加固1.iteraturereviewoftheresearchonwoodstructurestrengthenedbyGFRPAbstract:TheresearchachievementsonwoodstructurestrengthenedbyGFRPmaterialsathomeandabroadweresummarizedinthispaper.Someproblemsintheres

2、earchandapplicationonGFRPinthereinforcementoftimberstructuresareaddressed.ConsideringthebrightfutureofGFRPinthereinforcementoftimberstructures,therearestillmanyfieldsneedingbestudiedinthefuture.Keywords:GFRP;woodstructure;strengthen1、前言木结构是我国和东亚其他国家传统建筑中最重要的结构形式。至今我国仍留存大量的宫殿、庙宇、民居、牌坊等历史木结构，其蕴含了丰富的历史

3、文化内涵，是中华文明的重要组成部分IL建筑材料领域中，木材的环境友好与可再生特性，在近来倡导资源可持续利用的背景下重新引起了人们的高度重视。然而，由于木材徐变大、弹性模量低、易老化变形等缺点，在外力（地震和台风）作用下或自然作用（雨、雪侵蚀或微生物破坏）下容易产生各种破坏，所以对木结构的加固和维护已成为近年来比较热门的一个话题。FRP复合材料是由纤维材料与基体材料按一定的比例混合，经过特别的模具挤压、拉拔而形成的高性能型材料。FRP具有轻质、高强、高弹性模量、易于裁剪、抗疲劳性能好、耐磨、耐腐蚀、无磁性等优点，已广泛用于混凝土结构的加固。近年来很多国内外的学者也已经开始将FRP用于木结构的加固

4、研究中，并取得了不少的成果。工程结构中常用的FRP主材主要有碳纤维（CFRP）,玻璃纤维（GFRP）o玻璃纤维GFRP相对于CFRP而言，有其独特的优越性：（1）高强但成本低得多，价格仅是CFRP的儿十分之一；（2）在国内有成熟生产技术且量大，材料易得；（3）极限变形大；（4）弹性模量低，但延伸率达2%3%,且树脂浸透性比CFRP好。本文主要是对国内外GFRP加固木结构的研究成果进行总结，并指出其不足，且对GFRP加固木结构的应用前景进行了展望。2、国外GFRP加固木结构的研究国外学者对于GFRP加固木结构的研究起步比较早，在1964年，Wangaard就率先提出用玻璃纤维加固木梁的思想，并对

5、其进行了试验研究；1965年，BibliS研究了6种不同木材的玻璃纤维增强木梁的结构性能，并提出了一种计算纤维增强木梁的刚度和强度的计算方法，通过试验研究验证了其有效性。但由于在当时玻璃纤维这种材料非常昂贵，这种增强加固方法并没有得到很好地推广和应用。1995年，PIeVriS等研究了粘贴FRP环氧树脂在木材张拉面的徐变行为。他们首先提出了一种分析横截面变形的方法，考虑不同的温度和湿度变化，复合材料横截面应力和应变的公式。通过将近10个月的试验表明，增加FRP的粘贴区域降低了木材的开裂荷载，徐变也产生下降。试验还表明CFRP比GFRP改善木材性能更好。1996年，Hallstrom等在用玻璃纤

6、维对在四分之一处有圆形和方形孔的胶合木梁进行加固，研究表明，通过加固，原有孔洞处的薄弱部位得到了不同程度的提高，梁的破坏形式发生了变化，并对不同种类和不同组合方式的玻璃纤维的加固效果进行了比较。1997年，Hallslrom等又通过对GFRP加固的胶合木梁在垂直于木纹方向的破坏定性分析并进行有限元计算，得出加固会降低木材裂纹处的应力强度，阻碍裂纹的发展，加固效果会随着原始裂纹长度的增加而增加的结论。TriantafinOil等利用21根木梁进行剪力破坏试验，考虑不同的FRP配置区域及长度，得出当FRP条纵向布置，且厚度稍微超出限定值时具有很好抗剪性能的结论。1998年，Demers通过对比GF

7、RP和CFRP复合材料在不考虑环境影响的拉力拉力的轴向疲劳，得出在最大应力相同的条件下，GFRP的疲劳寿命要低于CFRP复合材料的叫2000年，Dagher等在研究中分别使用CFRP与GFRP对木梁进行增强，并对性能进行对比，指出等量使用CFRP相比GFRP具有更好的增强效果，使木梁的抗弯强度和弹性模量提升幅度更大。但从成本效能上看，使用GFRP更为经济【叫Genlile等利用22根木梁进行抗弯试验，考虑不同的GFRP棒加固率，得出在加固后抗弯强度和延性都会有不同程度的增加，同时也证明了GFRP对于桥梁纵梁加固的可行性IK)Johns和Lacroix等进行了碳纤维(CFRP)和玻璃纤维(GFR

8、P)加固木梁的试验研究，结果表明加固梁的承载力远大于按线弹性模型计算的结果，加固后的承载力应该考虑木梁受压区的塑性性能WL2002年，Gentile等对采用GFRP筋嵌入式加固的22根锯木梁(配筋率分别为0.27%和0.82%)进行了试验研究。结果显示，加固后的木梁破坏模式由原来的脆性拉伸破坏变成了受压失效,能够有效地克服木材的天然缺陷对强度的影响,受弯承载能力提高了18%46%。LOPeZ-AnidO等进行了GFRP布加固两跨连续胶合木梁的试验研究。研究表明，在上下面粘贴两层土45向GFRP布加固胶合木梁的极限承载力没有明显提高,而粘贴两层水平向GFRP布加固胶合木梁不仅极限承载力提高了47

9、%,同时刚度和延性也得到改善口叫2004年，SVeCOVa等研究了在木梁剪跨区内或全长范围设置GFRP剪切销(dowel)对提高木梁承载力的效果，并提出了设置的建议。2006年，Corradi等通过实验测试了使用GFRP增强木楼板的抗剪切强度。经过实验和数值分析对比，实验数据表明使用GFRP增强后木楼板的抗剪切强度和刚度较之对照组木楼板得到了明显提高“(DemPSey等研究了采用FRP条粘贴在松木上来增强其抗弯强度。他们通过试验得出了FRP材料增强了松木的破坏弯距、初始刚度，使其产生塑性破坏，并使延性得到改善的结论。此外，他们发现碳一玻璃混合纤维材料(HFRP)加固木梁效果要强于玻璃纤维增强材

10、料(GFRP),5oHay等通过比较粘贴于木梁剪跨区内垂直面上的斜向和垂直向的GFRP布的抗剪性能，得出相比于垂直向GFRP加固方案，斜向加固方案更能有效地提高木梁的强度和刚度I。2007年，COrradi等通过实验测试了对冷杉和栗树木梁使用GFRP材料进行加固前后的抗弯刚度以及材料强度。实验结果表明使用GFRP材料加固试件木梁可以明显提高其抗弯性能，实验木梁的承载能力也得到了显著增强。2010年，PanteIideS等对使用GFRP增强后木桁架的抗拉性能进行了研窕，通过实验，证明了通过GFRP增强手段可以使得木桁架的抗拉性能明显增强，在复合桁架自重和地震载荷下抵抗能力显著增加。SriniVa

11、San等在微观环境下对GFRP材料进行了分析。其利用电子扫描显微镜对不同纤维长度的gfrp材料进行了对比分析，指出使用环氧树脂复合短纤维玻璃纤维材料磨损率更高”叫国外主要研究了GFRP加固桥梁木梁后的抗弯，抗剪，刚度以及延性等性能，分析了不同的粘贴方式包括斜向和垂直向，以及斜向水平粘贴和水平粘贴等对木梁承载力的影响，并通过粘贴不同的FRP材料来比较它们的加固性能和性价比。但是对于加固后木梁的抗弯，抗剪承载力的计算公式并没有进行完善的推导，有限元的模拟还仅仅处于初级阶段。3、国内GFRP加固木结构的研究目前国内对于FRP加固技术的研究主要是在混凝土结构上，在木结构上的研究和应用尚处于起步阶段，尤

12、其是GFRP对木结构的加固。2005年，丁炜等进行了苏北意杨木梁受拉面复合FRP布以提高木梁性能的方法进行了试验，得出FRP布可以有效地提高苏北意杨木梁的极限承载能力以及使用GFRP复合木梁的性价比优于CFRP复合木梁的结论U久2008年，杨会峰等对6根普通木梁和21根FRP(包括CFRP和GFRP)加固木梁进行了试验，得出FRP可避免或延缓木梁的受拉脆性破坏，降低木材缺陷对其受驾性能的影响，充分利用木材的抗压强度并显著提高构件的刚度和延性性能的结论，并基于极限应变分析方法，提出了构件极限承载力的计算公式便叫程丽美等研究了玻璃纤维对杨木单板层积材弯曲性能的增强效果。试验结果表明：玻璃纤维对杨木

13、单板层积材的横向静曲强度、弹性模量均有明显增强效果，且对横向静曲强度的增强幅度更大。经实验，试件横向静曲强度值提高T79.6%t2,1o2009年，曹海等经过试验发现在木梁受拉区设置FRP材料加固层可以有效加强木梁的抗弯性能，提高承载能力。试验使用了CFRP和GFRP两种材料进行对比，发现CFRP加固层的加固效果更佳：在两组试件受拉区域分别粘贴单层GFRP与CFRP,使用GFRP增强后承载力提高了17.69%,而使用CFRP增强可使木梁承载力提高30.61%2212010年，王全凤等经过实验指出，在木梁受拉区粘贴GFRP是提高其抗弯性能的有效方法。试验中，木梁经过单层GFRP增强后抗弯极限承载

14、能力提高了31%,使用双层GFRP增强后，承载力提高45%,性能表现优于单层加固。在试验研究的基础上，推导出与各种破坏类型相对应的杉木梁和使用GFRP增强后杉木梁的极限承载力计算公式，并对各试验梁的极限抗弯承载力进行了计算，计算结果与试验结果吻合良好。2012年，朱晓东等研究了玻璃纤维厚度、施胶量、贴面尺寸对规格材弹性模量的影响，得出随着GFRP材料厚度的增加，弹性模量的变化值越来越小，随着施胶量的增加，弹性模量的变化值越来越大，随着贴面尺寸长度的减少，弹性模量的变化值不明显，不过到1/4试件长度的时候，弹性模量的下降较大等结论】。邵劲松等根据木材受压应力一应变曲线的特点，提出了木梁受压区计算

15、模型.在分析加固木粱各种破坏形式的基础上，运用提出的计算模型，推导了木梁受弯承载力的计算公式，并通过与试验值进行比较，得出所推导的计算公式可作为木梁加固设计参考的结论邵劲松，刘伟庆等对36根纤维增强复合材料（FRP）加固木梁的受弯性能进行研究，通过变化试件的设计参数FRP的层数、FRP的类型及加固层的位置来分析各设计参数对加固木梁承载力和挠度的影响12习。国内主要研究了不同的FRP材料（CFRP和GFRP）对木梁的加固效果和性价比，并推导了相应的极限承载力和极限弯矩的计算公式，但不够深入和成熟，没有进行木梁抗剪承载力理论计算公式的完善推导。同时研究对象都是整根木梁，并没有对拼接木梁进行分析和研

16、究，相应的有限元模拟计算还几乎没有。4、GFRP加固木结构研究中的相关问题目前对于使用FRP材料增强木结构的相关研究，国内外学者已进行了积极的探索，总体来讲，国外相关研究成果较之国内同行在数量与研究范围上均处于相对的领先地位ns。传统加固方法的不足以及我国大量的古代木结构建筑遗存亟待加固与保护的现状使得人们对于FRP加固技术的需要更为迫捷。国内的FRP加固木构件研究，大都采用CFRP,性价比高，而国内能大规模生产的GFRP加固效果的研究却很少。所以，有必要通过试验研究来完善GFRP加固技术的深度和广度：1）对于GFRP加固木结构的设计公式、施工工艺要形成相应的规范。2）GFRP加固木结构的有限元分析程序要逐渐成熟起来。3）为了保证GFRP加固木结构的耐久性，应进行加固后构件在使用环境中的耐久性研究。4）考虑到木材可燃性的特点，进行GFRP加固木结构防火性能的研究。5）GFRP对于拼接木梁加固性