陈 莹

（厦门营造建筑设计有限公司，福建 厦门 361001）

1 前言

FRP复合材料与砌体结构结合面间的粘结强度是影响结构加固后性能的一个重要因素，因为任何引起粘结区域破坏的因素都可能导致结构发生突然破坏而达不到加固的预期效果[1～2]。本文以玻璃纤维布与砖之间的界面为研究对象，探讨其极限粘结荷载的影响因素，并提出玻璃纤维布与砖之间极限粘结荷载的计算公式，为进一步深入研究FRP加固砌体结构技术奠定基础。

2 试验研究

2.1 试验装置

为了更好的研究玻璃纤维布（GFRP）与砖之间的单面剪切粘结性能，自行设计出一套单剪试验装置[3～5]，如图1所示。此试验装置传力合理，安装就位简单，易于操作，适用于不同尺寸试件的试验，测量准确，能很好地满足科研试验的需要。

试验中选用南京生产的单向玻璃纤维布，其抗拉强度为1507MPa，弹性模量为93750MPa，延伸率为1.5%，计算厚度0.169mm。采用的树脂为日本产“小西”树脂。试验中用砖为MU10普通粘土砖，尺寸为240×115×53mm。将玻璃纤维布粘贴在砖一侧表面形成玻璃纤维布与砖的单面剪切试件，具体试件情况见表1。

表1 试验试件汇总表

2.2 试验结果分析

2.2.1 玻璃纤维布与砖发生剪切粘结破坏的特征

观察破坏后的试件，有两种破坏形式：GFRP剥离和GFRP断裂，或者同时发生。其中GFRP剥离现象又分两种情况：第一种剥离发生在粘结树脂层，其剥离下来的GFRP表面平整光滑，没有粘下砖或者仅零星粘有一点砖（见图2），这种剥离说明玻璃纤维布强度没有得到充分发挥，所以是“不成功”的剥离；第二种剥离发生在砖表层，破坏时局部砖凹入表面1～4mm，破坏面凹凸不平（见图3），这就属于“成功”的剥离。

GFRP断裂也分为两种情况：一是GFRP一根一根依次断裂，拉断面位于GFRP悬空段，主要原因包括GFRP里每根纤维丝受力不一致、砖的离散性或是加载速率过快，如图4（a）所示；二是GFRP在夹具处被拉断，如图4（b）所示，应该是由于夹具处受到比较集中的应力造成的。

2.2.2 粘结长度和粘贴层数对极限粘结荷载的影响

表3中第1、2组试件的试验研究结果见图5。

由试验结果可知：

1）随着玻璃纤维布与砖粘结长度的增加，极限粘结荷载并不是呈线性增长趋势，当粘结长度增加到一定的长度即通常所说的有效粘结长度之后，极限粘结荷载的增幅不大。超过有效粘结长度之后，虽然粘结力不再增加，但由于已经剥离的GFRP与砖之间还存在较弱的剪力传递，因此GFRP与砖之间粘结破坏的延性有所提高。

2）随着粘贴层数的增加，极限粘结荷载有所提高，有效粘结长度亦有所差别。在本文所进行的单面剪切粘结试验中，粘贴一层和两层GFRP的试件的有效粘结长度分别是50mm和100mm。

2.2.3 粘结宽度对极限粘结荷载的影响

表3中第1、2组试件的试验研究结果见图6。可以看出，极限粘结荷载随着GFRP粘结宽度的增加而明显提高，但粘结强度稍有降低。

观察破坏后的试件，砖表面的实际破坏面大于玻璃纤维布的粘结宽度，这说明玻璃纤维布两侧的砖对GFRP提供了有利的约束作用，因此砖的受剪承载力得到提高，而这种有利作用随着GFRP粘结宽度的增加而减小。

3 GFRP与粘土砖之间极限粘结荷载的计算

根据上述试验结论，并结合前人的成果，本文提出如下计算GFRP与砖极限粘结荷载的计算公式：

式中：km——与玻璃纤维布粘贴层数相关的系数，一层取0.9，两层取0.5；

kw——GFRP宽度和砖宽度之比；

kl——与有效粘结长度le相关的系数，当粘结长度lf≤le时，kl＝1.0，当粘结长度lf>le

lf——GFRP的粘结长度（mm）；

Ef——GFRP的弹性模量（MPa）；

tf——GFRP的厚度（mm）；

fb——砖的抗压强度（MPa）。

采用公式（1）计算的极限粘结荷载与试验中得到的极限粘结荷载的对比见图7，计算值与试验值基本吻合。需要指出的是，公式（1）是根据本文试验结果得出的，而本文试验的条件是单一的，试验数据总量也比较少，有一定程度的离散性，其统计分布规律的研究尚不十分成熟，因此还需要各种不同类型的试验资料加以比较和验证。此外，本次试验中仅采用了MU10一种强度等级的砖进行试验，因此砖的抗压强度对极限粘结荷载的影响规律还有待于进行进一步的试验研究。

4 结语

1）从所进行的玻璃纤维布与55块粘土砖单面剪切粘结试验中，得到以下主要结论：（1）随着GFRP与砖粘结长度的增加，其极限粘结荷载不呈线性增长关系，超过有效粘结长度后，极限粘结荷载和粘结强度增长趋缓或不再增加；（2）粘贴层数亦不是越多越好，因为玻璃纤维布的厚度、刚度越大，将导致剥离应力增大，反而易于发生剥离，因此存在一个合理加固量的问题；（3）随着GFRP粘结宽度的增加，极限粘结荷载明显提高，但粘结强度稍有降低。

2）通过对影响极限粘结荷载的各种因素的试验结果进行分析，并参考前人得到的相关结论，给出了玻璃纤维布与砖之间极限粘结荷载的计算公式，并和试验结果进行比较，比较结果说明给出的经验公式具有一定的合理性。

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