1.1　FRP加固砌體結構的工法

　　為保證加固質量，先需要對FRP加固砌體結構的施工工藝作出具體要求，清華大學林磊等建議，與FRP加固混凝土的工法類似，FRP加固砌體結構的工法大體分為以下幾個步驟：
　　施工準備→砌體表面處理→配制并涂刷底層樹脂→配制找平樹脂并修復部分不平位置→配制粘貼樹脂并粘貼FRP布條帶→FRP布構造處理。
　　施工準備包括加固區域放線、準備加固工具、裁剪纖維布(板)等。
　　砌體表面處理指去除加固部分砌體剝落、疏松等劣化的表面，露出符合強度要求的砌體表面，去除粘貼區域表面的油漬和灰塵并且保持表面干燥。按《民用建筑可靠性鑒定標準》(GB 50292―1999)規定，將砌體結構的風化或粉化等級分為as級、bs級和cs級。對以as級可以采用粘貼纖維片材對砌體結構進行加固修復；對bs級風化粉化的局部進行處理、或者在施工期間和施工完成后能改善所處環境的，也可以采用粘貼纖維片材對砌體結構進行加固修復；對cs級不建議采用粘貼纖維片材對砌體結構進行加固修復。砌體表面的平整度和均勻性不如混凝土表面，尤其豎縫部位存在較多空洞，在表面處理的時候用高強度等級的早強水泥砂漿將較大空洞填補整齊，避免FRP片材空鼓。
　　配制并涂刷底層樹脂，應當使底層樹脂滲入砌體表面。由于砌體表面孔隙率遠比混凝土表面大，對樹脂的吸收能力也比混凝土大。根據試驗制作的經驗，混凝土表面只需要涂抹一層底層樹脂就可以達到滲入混凝土孔隙并且為下一步工序提供平整粘結界面的目的，而在砌體加固中可能需要涂抹2～3層(根據表面孔隙率而異)。底層樹脂的涂抹應當在上一遍樹脂未干透的情況下進行。
　　為了使墻體變形傳遞到FRP上使之發揮作用，需要墻體和FRP之間良好的粘貼和錨固。由于砌體結構強度和模量低，FRP在砌體上的錨固長度比在混凝土上更長，在砌體上粘貼的FRP更容易受壓屈曲剝離。當被加固墻體為窗間墻或者四周有圈梁構造柱的墻體時，FRP可以在墻體外部較充分地粘貼錨固。但在更多時候墻體不能在體外錨固，FRP布需要一些特殊的構造處理保證FRP性能的發揮，包括FRP布端部錨固處理和FRP布中部對拉措施。
　　當FRP只能在被加固墻體自身內錨固時，應當在端部封閉、彎折，或者設置對拉FRP增強端部錨固的效果。對于水平粘貼FRP，應盡量將兩個墻面上的FRP處理成封閉的形式(圖9.4-1a)。如果不能封閉，則應盡量使FRP繞過墻體的陽角粘貼一段(圖9.4-1b)，并且可以用對拉錨固FRP增加錨固效果(圖9.4-1c)。FRP繞過砌體墻的陽角時，墻角應當處理成圓角(通常倒角半徑R≥20mm)。斜向粘貼FRP通常不能在端部封閉，因此需要借助FRP壓條增強錨固，但FRP壓條自身還需要用對拉錨固FRP增強錨固(圖9.4-2)。

　　當水平FRP約束墻體變形的同時，內部砌體的開裂破碎等情況都會使砌體的體積增加，從而將FRP向面外擠脹，FRP在面外的彎曲剛度更小，因而容易發生面外破壞。為防止這種現象出現，建議采用對拉錨固FRP構造(以下簡稱對拉FRP)，沿粘賭于墻面的FRP布置(實際布置間距為350~500mm)，見圖9.4-3。對拉FRP是用FRP布條帶制作的拉接構造，將FRP布條帶穿過預先制作好的孔洞從另一個孔中穿回并搭接好，與對粘貼FRP形成垂直墻面的約束，增強粘貼FRP與墻體的相互作用。對拉FRP和粘貼在兩個墻面上的FRP共同約束著其包圍的砌體形成整體，還可以提高這部分砌體的抗壓能力。
　　對拉FRP的制作工序包括以下主要步驟(對應于圖9.4-4a~h)：(a)設計好準備布置對拉FRP的位置，在墻上定位；(b)根據對拉FRP的下料尺寸裁剪FRP；(c)根據需要在墻面上鉆孔，每個對拉錨固FRP需要兩個成對的孔，兩個孔的間隔不宜太大；(d)清孔，清除孔洞內的灰塵和砂子；(e)浸漬FRP；(f)用鐵絲等物牽引FRP穿過孔洞；(g)從成對的另一個孔中穿回；(h)將對拉FRP頭尾搭接，成為自我封閉的對拉錨固FRP。以上步驟中，(a)、(b)在施工準備階段完成，(c)、(d)在砌體表面處理階段完成，(e)、(f)、(g)、(h)在正常表面粘貼的FRP施工完畢后進行。

1.2　試驗研究和試驗現象

　　由于砌體結構的松散性，其破壞路徑勢必多種多樣，因此，FRP加固的形式也很多，清華大學林磊等進行了以下一些加固形式的試驗研究(圖9.4-5)。

　　試驗現象表明，在彎曲型破壞的墻體中，FRP抗剪加固不能提高墻體大承載力，但能提高受剪破壞承載力儲備，保證墻體在較大變形下不發生剪切破壞，提高受彎承載的延性。

　　在剪切破壞的墻體中采用FRP抗剪加固能夠有效地提高墻體的受剪承載力，并且改善墻體的滯回性能和延性。圖9.4-6所示為不同試件荷載位移曲線對比。從圖中可以看出，W2-0為未加固對比試件，抗剪承載力和滯回延性都不好。CW2-1為交叉粘貼CFRP，CW2-2和CW2-3都為水平加固且加固量相同，區別僅為CW2-3布置了FRP拉條。可見拉條對提高構件延性效果明顯。效果好的加固形式是混合加固。對不同粘貼方式FRP的應變考察，有以下規律；
　　(1)水平粘貼FRP在雙向荷載作用下總是受拉，說明水平粘貼FRP可有效地對雙向加載發揮加固作用；
　　(2)端部封閉加固可以有效避免FRP剝離，提高FRP承載力發揮程度；
　　(3)對拉FRP能有效防止水平FRP向外鼓脹剝離，防止交叉FRP因受壓屈曲剝離，提高FRP與墻體的粘結性能和FRP加固作用的發揮程度；
　　(4)根據墻體受力情況采用適當的混合加固方式對提高墻體受剪承載力、變形性能和耗能性能的效果比較好。

1.3　加固砌體墻破壞機理

1.3.1　FRP加固砌體墻剪摩破壞的破壞機理

　　除了材料強度比較低的原因外，無筋砌體墻受剪承載力低的一個重要原因在于其組成方式的離散性和開裂后墻體的松散性。組成方式的離散性是指墻體是由砌塊和砂漿按照一定規律組成，這樣的組成方式在墻體中留有明顯的交界面，而且這些交界面是連續而貫通的，當一種材料比另一種材料的強度高時，這些交界面就成為連續而貫通的薄弱面分布于整個墻體，從而將墻體分割成許多獨立單元。開裂后墻體的松散性是指無筋墻體中的材料都是脆性的，當墻體某兩處因開裂而分離后，兩者之間不存在任何聯系，因此當墻體出現裂縫，且裂縫相互貫穿將墻體分割成若干獨立單元時，這些獨立單元之間是松散的，因為擾動或者別的原因而分離散落，使墻體喪失承載的整體性。
　　剪摩破壞受力機理為：剪摩滑動裂縫上部的砌體在裂縫下部砌體上滑動，截面剪切強度與截面摩擦力共同提供受剪承載力，在一般情況下摩擦力提供的承載力占主要部分。墻體的剪摩裂縫不是在某一荷載下突然出現并且貫通的，而是在某些應力較大的地方先出現，然后逐漸擴展連通成貫通的剪摩裂縫。換句話說，剪摩裂縫的出現是有先后的，在荷載達到下一級出現新的剪摩裂縫前，已有的剪摩裂縫兩側必然發生錯動并使內力重新分配，因此先出現的剪摩裂縫在繼續加載過程中受力性能的變化將影響墻體的剪摩承載能力。當砌筑砂漿強度很高，剪摩裂縫兩端砌體的滑動對該裂縫的剪摩性質沒有太大影響；當砌筑砂漿強度很低，剪摩裂縫一般在砂漿層出現，剪摩裂縫兩端受壓錯動，砌筑砂漿容易破碎形成微小的砂礫和粉末，這些砂礫和粉末形成了滾動摩擦的機制而降低了墻體的剪摩系數，這意味著截面剪摩性質受到了削弱。
　　低強度砂漿破碎形成更多的細微砂礫和粉末，這些沙礫和粉末容易向外散落，造成剪摩破壞截面填充物質減少，增加了無筋砌體的松散性；同時也造成破壞截面上的應力增加和圍壓(破壞截面周圍砌體對開裂截面的約束作用)減小，加重墻體開裂截面的破壞，增大墻體的離散性。
　　當墻體開展的剪摩裂縫將墻體分割成兩個部分時，墻體的承載力取決于這個開裂截面的受力性能，FRP的作用即為在墻體開裂截面上直接發揮拉力，因此定義為FRP對墻體承載力的直接加固作用。FRP直接加固作用與FRP的粘貼錨固性能關系很大，當FRP在開裂截面兩端有充分的錨固時，FRP工作應變大，直接加固作用也越大。端部封閉相當于增加FRP的錨固，對拉FRP的構造措施對粘貼FRP施加沿法線向內的壓力作用，也能增加FRP的錨固效果。
　　前面論述了無筋砌體的離散性和松散性對墻體受剪承載力的影響。當將FRP按照一定方式粘貼于砌體墻表面，FRP將塊材在沿纖維絲方向上連成整體，提高了其所經過砌縫的受拉能力和剛度，減小了墻體的離散性；粘貼于砌體表面的FRP能阻止開裂破碎的砌塊和砂漿松散掉落，減小墻體的松散性。墻體的離散性和松散性的改善提高了墻體的受剪承載力。FRP的這種作用不同于前面所說的直接加固作用，定義為間接加固作用。FRP的間接加固作用可以分為剪摩系數提高作用、內力改變作用以及破壞形態轉化作用。
　　當墻體在某些裂縫處開裂，如果粘貼的FRP能夠跨越裂縫并且FRP纖維絲方向與裂縫張開的方向一致，則可以改變墻體在該處破壞的脆性性質，增加開裂面兩端墻體的聯系，減小墻體開裂后的松散性，使開裂后墻體上各個部分不至立即散落，發揮這些破碎砌體的受壓、受剪性能，維持墻體整體完整性。FRP通過這些被約束的破碎砌體形成對內部灰縫砂漿的約束，增加內部圍壓形成“圍壓摩擦”作用，提高剪摩系數。在這種加固作用中，FRP的加固作用是通過維持松散砌塊、砂漿于原處來提高剪摩系數終實現承載力提高的，因此定義為FRP對墻體承載力的剪摩系數提高作用，屬于FRP間接加固作用。

　　在無筋砌體墻受剪時，由于墻體的離散性，任何貫通的薄弱面都是可能出現的受剪破壞路徑，而不只斜向裂縫一種。一般地說，墻體的剪摩破壞可能出現圖9.4-7所示的三種破壞路徑。破壞路徑①為常見的斜裂縫破壞；破壞路徑②為水平裂縫破壞，由于底部水平截面上的內力不均勻性比較大，剪摩系數隨著軸壓比的增大而降低，因此底部水平裂縫截面的剪摩承載力較低，水平裂縫剪摩破壞通常發生在底部；破壞路徑③為墻體中部一般裂縫破壞，其具有一定裂縫發展高度h，產生位置根據墻體墻度、剛度和損傷情況而定。
　　未加固砌體墻的剪摩破壞一般情況下沿破壞路徑①發生，因為無筋砌體墻的抗拉強度很小，剪應力傳遞主要靠剪摩作用，因此水平剪力傳遞路徑不能超過砌體的摩擦角，也就是說，當墻體上部ab承受剪力時，砌體的剪力剪摩傳遞機制不能將剪力傳遞到右下角的d點或f點，因此在三個破壞路徑中，路徑①截面上承受的剪力大；隨著荷載增加，先是墻體對角線附近的主拉應力超過主拉應力強度而出現裂縫，裂縫出現后破壞路徑①截面上的損傷造成該路徑承載力比完好情況有所降低。由于路徑①截面上的剪力作用比較大而承載力下降多，未加固砌體受剪剪摩破壞通常沿著路徑①破壞；而由于墻體裂縫對路徑②剪摩作用的影響比對路徑①剪摩作用的影響小，因此路徑②的受剪承載力比路徑①大。同理，路徑③的受剪承載力介于路徑①路徑②之間。同時，由于上述剪力傳遞的原因，路徑②③上內力較小，因此潛在的破壞路徑②③上仍然有繼續承載的余地。
　　在砌體墻表面粘貼FRP，增加了墻體受拉部分，使墻體在內力分布和承載力兩個方面都發生了改變。
　　從內力角度上看，FRP改變了剪力的傳力途徑，使得墻面上的內力分布更加均勻，在墻體上部ab承受剪力時，剪力可以被傳遞到右下角的d點或f點，減小了斜裂縫路徑①截面上的剪力，增大了破壞路徑②③截面上的剪力，使得該截面上的內力變得均勻；同時，在破壞路徑②③截面上砌體附加剪應力的影響比較小，也使得該截面上的內力變得均勻。9.2中提到，砌體破壞截面上傳力受力不均勻導致全截面粘結抗剪發揮系數a<1。通過FRP加固，墻體內部變形和內力都變得更加均勻，從而提高全截面粘結抗剪發揮系數a。同時，斜向FRP在受拉時能增加墻體破壞截面上的豎向壓力分量，提高剪摩承載力。以上FRP通過改變墻體內力分布來提高墻體受剪承載力，定義為FRP對墻體承載力的內力改變作用，屬于FRP間接加固作用。
　　從截面承載力角度上看，無論水平加固方式還是交叉加固方式都將穿越斜裂縫剪摩破壞路徑①，從上述的直接加固作用和間接加固作用兩個途徑提高了該截面的承載力；對底部水平破壞路徑②而言，當FRP不能在墻體外部錨固時，不能在這一截面上提供直接加固作用，而只能提供間接加固作用，因此FRP對底部水平截面承載力的提高比較小；對于破壞路徑③而言，則可能有斜向FRP或者部分水平FRP穿越該路徑提供直接加固作用和間接加固作用。因此，當墻面上粘貼FRP加固后，墻體的剪摩破壞路徑可能由加固前的破壞路徑①轉化為加固后的路徑②路徑③，這種破壞形態的轉化相當于挖掘出了潛在破壞路徑的承載潛力，提高了墻體的承載力，定義為FRP對墻體承載力的破壞形態轉化作用，屬于FRP間接加固作用。

1.3.2　FRP加固砌體墻剪壓破壞的破壞機理

　　如前所述，FRP對砌體剪壓承載力的提高可以分為直接加固作用和間接加固作用。
　　在未加固墻體發生剪壓破壞時，由于砌體墻的松散性，周圍砌體不能對破壞單元提供可靠的水平約束。未加固墻體內某剪壓破壞單元的受力狀態如圖9.4-8(a)，其對應的應力圓如圖9.4-8(c)，圖中a面為單元水平面、b面為單元垂直面，β為主壓應力相對豎向壓應力的轉角(圖9.4-8(a))，σ_y為a面上的壓應力，τ為a、b面上的剪應力。該處在豎向壓力和水平剪力的作用下主應力是拉應力，當該主應力達到砌體抗拉強度ft時，該單元發生破壞。

　　當FRP粘貼于墻體表面并且在荷載作用下受拉時，其對內部砌體產生約束應力σ_f，約束應力的方向與纖維粘貼方向有關，如圖9.4-8(b)，其產生的約束應力對應的應力圓如圖9.4-8(d)。圖中θ為纖維方向與水平方向的夾角，σ_fy為FRP產生的水平方向約束正應力，σ_fy為FRP產生的垂直方向約束正應力，τ_f為FRP產生的約束剪應力，V₁為b面上的約束應力向量，V₂為a面上的約束應力向量。將V₁、V₂疊加作用于未加固墻產生應力圓，可以求出FRP加固后墻體該點的應力圓(圖9.4-8(e))?？梢钥闯?，由于疊加了FRP約束應力，該點的主應力從拉應力變成了壓應力，墻體處于雙向受壓的狀態下，在相同的外部荷載作用下不再發生主拉應力大于主拉應力強度的剪壓破壞。在這個作用機理中，FRP的貢獻比較復雜：FRP提供的約束剪應力可以看作直接參與抗剪作用，視為FRP直接加固作用；FRP提供的水平約束正應力通過提高砌體的圍壓來提高墻體受剪承載力，視為FRP間接加固作用。
　　總結以上加固機理分析，FRP對砌體墻受剪承載力的提高作用可以歸納為圖9.4-9。