CN102146733A

CN102146733A - 一种纤维布加固砖砌墙体的方法

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Publication number: CN102146733A
Application number: CN 201110054543
Authority: CN
Inventors: 王东炜; 徐嵩山; 刘喜中; 朱小青; 贾承辉
Original assignee: Zhengzhou University
Current assignee: Zhengzhou University
Priority date: 2011-03-08
Filing date: 2011-03-08
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2031-03-08
Also published as: CN102146733B

Abstract

本发明涉及一种纤维布加固砖砌墙体的方法。其方法为：首先确定砖砌房屋或墙体应设置构造柱和/或圈梁的部位，经面层处理和表面修正后，在砖砌房屋或墙体的应该设置构造柱的部位设置粘贴竖向纤维布；在应该设置圈梁的部位设置粘贴横向纤维布；在沿应设的构造柱高度方向间隔设置粘贴横向纤维布。不同于以提高墙体抗剪性能的X型、#型纤维布加固方法，本发明是以提高墙体整体性能为主，可显著提高墙体结构的延性和多道设防能力，具有不易在纤维布粘贴部位产生地震裂缝，高强高效、施工便捷、周期短、成本低、耐腐蚀、自重轻、不增加结构尺寸、易于维护等明显的优点，且利于环保；易于在广大的村镇推广实施，可增强砖砌房屋的抗震性能。

Description

一种纤维布加固砖砌墙体的方法

技术领域

本发明涉及建筑物加固领域，具体涉及一种纤维布加固砖砌墙体的方法。

背景技术

砌体被广泛应用于我国的工业与民用建筑领域，但由于砌体材料的脆性性质，其抗拉、抗剪和抗弯强度都比较低且自重较大，不利于结构抗震。我国当今村镇现有的住宅砖砌房屋，特别是经济欠发达地区，多数未设构造柱或采取其它任何抗震措施，一旦发生较强的地震，砌体结构的震害往往较为严重。此外，有很多砌体结构具有比较高的使用价值和历史价值，而在早期设计时往往没有考虑地震作用，导致砌体房屋抗震性能较差。因此有必要对上述建筑物进行抗震加固来满足其继续使用的安全性要求。

常用的墙体加固方法有扶壁柱法、钢筋网水泥砂浆法(即俗称的“夹板墙”法)和增大截面法等。传统加固补强技术整体水平比较落后，施工方法和工艺比较复杂，设备繁多且受场地因素限制。纤维增强复合材料(fiber reinforced polymer／plastic，简称FRP)应用于建筑加固、修复工程就是近些年来土木工程与高性能材料工程相结合而发展起来的一种新兴的加固技术。外贴纤维增强复合材料加固混凝土技术是在混凝土结构外部粘贴FRP片材(包括布和板)通过二者协同受力，达到加固目的。外贴纤维增强复合材料法与传统加固技术相比，占用场地少，施工快捷，效率很高，而且基本无需大型施工机具。有关统计资料表明，同为外部粘贴加固，普通粘贴纤维增强复合材料加固是粘贴钢板加固施工工效的4～8倍。

纤维布加固建筑结构技术具有施工便捷、高强高效、不增加构件的自重与体积和耐久性好等特点，虽在混凝土结构中得到广泛研究和应用，但在砌体结构中的研究和应用尚不成熟，尤其是其理论研究还处于初始阶段。这是因为砖砌体是由具有不同变形与强度特性的块材和砂浆组成的复合材料，它不但与混凝土等脆性材料一样，抗拉与抗压强度相差悬殊，而且由于灰缝的存在，具有明显的各向异性特性，目前对砌体的各项力学性能、破坏机理以及砌体与其他材料共同工作等方面的研究还存在不少薄弱环节。因此，FRP片材加固砖砌体结构这种新型加固方法在得到广泛应用之前还需要进行大量的试验研究。

2007年11月武汉理工大学张维、彭少民等对带构造柱砖砌墙体及带门窗洞口砖砌墙体进行了“X”型和“井”型粘贴碳纤维布加固提高了墙体的抗剪承载力，但是对砖砌墙体的整体性能和抗倒塌能力的提高效果较差，且易在纤维布粘贴处产生开裂，造成纤维布的脱落（张维.碳纤维加固砌体试验研究及有限元分析. [D]武汉理工大学博士学位论文, 2008）。

2008年6月清华大学周新刚、韦昌芹等对碳纤维布加固砌体结构的力学性能进行了有限元分析，推荐了两种碳纤维布的加固方法：（1）竖向和水平加固方案；（2）竖向和斜向加固方案。这两种加固方案未见实验分析结果，即使可在一定程度上满足抗震加固的整体性能和抗倒塌能力，但是材料过于浪费，不够经济（周新刚，韦昌芹，叶列平.CFRP加固砌体结构的力学性能分析.[J]工程力学, 2008, (06).）。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种成本低、强度高的纤维布加固砖砌墙体的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

设计一种纤维布加固砖砌墙体的方法，首先按工程设计规范要求或公知常识确定砖砌房屋或墙体应设置而未设构造柱和/或圈梁的部位，对该部位进行面层处理和表面修正，再按照以下步骤粘贴纤维布：

①在砖砌房屋或墙体的应设而未设置构造柱的部位设置粘贴至少一层宽200mm～500m的竖向纤维布；

②在应设而未设置圈梁的部位设置粘贴至少一层宽300mm～800mm的横向纤维布；

③在沿应设的构造柱高度方向每隔500～600mm设置粘贴至少一层宽100mm～200mm的横向纤维布压条，且其在应设的构造柱内侧的长度至少要超出所述竖向纤维布宽度200mm。

所述的纤维布加固砖砌墙体的方法还包括墙体上门窗和/或洞口处加固步骤：对门窗和/或洞口周边墙体的相邻三面进行面层处理和表面修正后，以至少一层纤维布粘贴包裹墙体三面并分别压横向纤维布压条至少一层，其中墙厚方向的纤维布粘贴宽度与墙厚度相同，其它两个面上粘贴的纤维布的宽度为300mm～800mm，横向纤维布压条设置方式同所述步骤②。

所述的纤维布加固砖砌墙体的方法还包括楼板对应的墙体处的加固步骤：对每层楼板所对应部位的墙体外侧周围部位进行面层处理和表面修正后，设置粘贴至少一层宽度为300mm～800mm的纤维布。

所述面层处理的方法为：对确定的砖砌房屋或墙体应设置而未设构造柱和/或圈梁的部位打磨平，并露出新砖面。

在所述面层处理后，进行表面修正：对打磨处用找平胶找平，并刷底胶。

所述纤维布粘贴的方法为：等底胶指触干燥后刷浸渍胶并粘贴裁好的纤维布，再在纤维布外层刷一层浸渍胶，两层以上的纤维相叠贴时重复该步骤，干燥后即成。

在所述表面修正和/或粘贴纤维布步骤的实施过程中应保证气温不低于5℃、空气湿度≤85％，各纤维布间的搭接长度不小于150mm。

在所述粘贴纤维布步骤之后还包括防护层涂装步骤：在粘贴好的纤维布层外涂装涂料层、水泥沙浆层或107胶水泥砂浆层，以提高碳纤维补强构件的耐久性及防火性能。

所述纤维布为玻璃纤维布、碳纤维布、芳纶纤维中的至少一种。纤维布的性能规格等于和高于《混凝土结构加固设计规范》（ＧＢ５０３６７-２００６）第５４页Ｓ玻璃纤维布的技术标准要求。

所述找平胶为环氧树脂、酚醛树脂中的至少一种。

所述底胶为环氧树脂、酚醛树脂中的至少一种。

所述浸渍胶为环氧树脂、酚醛树脂中的至少一种。

本发明具有积极有益的效果：

1.不同于以提高墙体抗剪性能的X型、#型纤维布加固方法，本发明方法是以提高墙体整体性能为主的纤维布加固方法，试验结果表明本方法对提高墙体结构的延性和多道设防能力有显著效果。

2.本发明具有不易在纤维布粘贴部位产生地震裂缝、高强高效、施工便捷、周期短、成本低、耐腐蚀、自重轻、不增加结构尺寸等明显的优点，且不产生大量的建筑垃圾，利于环境保护。

3.应用本发明方法加固砖砌墙体后维修费用大大减少且维护周期延长。

4.本发明方法实施成本低，易于在广大的村镇推广普及，可增强砖砌房屋的抗震性能，有效避免或减少自然灾害所造成的人员伤亡。

附图说明

图1为普通砖墙体模型正面结构示意图；

图2为带构造柱的普通砖墙体模型正面结构示意图；

图3为普通砖墙体采用本发明方法加固后的正面结构示意图；

图4为普通砖墙体采用本发明方法加固后的侧面结构示意图。

图中1为底梁，2为普通砖墙体，3为顶梁，4为构造柱，5为竖向纤维布，6为横向纤维布压条。

具体实施方式

实施例1 拟静力加固（本发明方法）与未加固对比试验（在郑州大学工学院结构实验室进行），具体试验方法、步骤如下：

（1）试件的设计与制作

试件分别按照工程实体墙3.6m×3.0m和3.6m×3.3m的1：2比例进行缩尺建造模型Ａ、模型Ｂ（A、B模型高宽比不同，分别为0.833和0.917）设计，各三片，墙厚均为240mm，具体的试件结构参见图１。另外，设计建造带构造柱4圈梁加固的对比墙体（即模型A'、B'，其尺寸大小分别与模型A、B相对应，）各一片，参见图2。

模型A、B、A'、B'块材采用低强度MU7.5粘土砖（抗压强度见表5）、M2.5混合砂浆制作，顶梁3及混凝土标号为C20，构造柱钢筋采用直径为6mm的光圆钢筋，箍筋采用直径为6mm的光圆钢筋，间距200mm。构造柱4与普通砖墙体2砌马牙槎连接，沿墙高每隔500mm设置2∅4长度为500mm拉结钢筋；在构造柱4上下500mm内箍筋间距为100mm，钢筋混凝土保护层厚度25mm。砌筑时，保证每盘砂浆均匀地分布在每一片墙上，并对每盘砂浆取两组试块。试验墙体及砂浆试块在室内自然条件下同期养护。

（2）试件加固方案及材料性能

从模型Ａ、B中分任意选取一片作为试验对照，分别编号为WA1、WB1，其余的Ａ、B模型分别编号为WAG2、WAG3、WBC1、WBG3，其中WAG3、WBG3采用本发明加固方案（参见图3、图4），模型A'、B'依次编号为WAZ、WBZ，采用构造柱加固方式；详见表1。

粘贴玻璃纤维布的具体施工步骤：1）确定粘贴玻璃纤维布的位置；2）面层处理：将1）确定的位置处打磨平，并露出新砖面；3）表面修正：对打磨处用找平胶找平，并刷底胶；4）等底胶指触干燥后刷浸渍胶并粘贴玻璃纤维布，再在纤维布外层刷一层浸渍胶，常温下干燥七天后即成。所用的结构胶的性能指标见表2。

表2 结构胶的性能指标（强度单位 MPa）

名称	拉伸抗剪强度	正拉粘结强度	抗弯强度	受拉弹性模量
					基底胶	17.6	3.7	—	—
找平胶	18.6	4.5	57.9	—
					浸渍胶	19.8	3.7	—	3240

表3 300g碳纤维布的性能指标

序号	检验项目	标准要求	检验值	单项判定
					1	抗拉强度标准值	≧3000MPa	3202MPa	合格
2	受拉弹性模量	≧210000MPa	213000MPa	合格
					3	伸长率	≧1.5%	1.51%	合格

表4 S型玻璃纤维布的性能指标

序号	检验项目	标准要求	检验值	单项判定
					1	抗拉强度标准值	≧2200Mpa	2279MPa	合格
2	受拉弹性模量	≧100000Mpa	106000MPa	合格
					3	伸长率	≧2.5%	2.76%	合格

（3）试验装置、加载制度与测点布置

试验装置为常规拟静力试验装置。

加载制度：按照《建筑抗震试验方法规程》（JGJ101-96）的加载方法，试件进行拟静力试验的加载程序采用荷载—变形双控制的方法。试件开裂前采用荷载控制并分级加载，接近开裂时加载宜减小级差；试件开裂后采用变形控制，变形值取试件开裂时的位移，并以开裂位移为级差进行加载。

在本试验中，试件垂直荷载在试验前按0.8Mpa一次加足。试验开始时，试件首先分别施加40KN水平荷载，反复推拉二次，以检查仪器运转情况。正式加载时，采用逐级加荷的方法，开裂前按荷载控制，试件每级分别20KN递增，每级循环1次；开裂后按位移控制，每级循环2次，每级增加1△d（△d为墙片的开裂位移）。达到极限荷载后，继续按位移控制，每级增加2△d，直至墙体丧失承载能力。

具体加载步骤：

1）检查所有线路及设备；

2）竖向一次竖向单点加载100KN(应变仪数值755)；

3）试验开始试推：10KN水平荷载反复推拉2次，以检查仪器运转是否正常；

4）正式加载：①开裂前按荷载控制，试件每级水平荷载分别20KN递增，每级反复推拉循环1次；每10KN采集一次数据，每级加载完成之后观察是否开裂，若开裂就描出裂缝，开始按2）步进行加载；②开裂后按位移控制，每级循环2次，每级增加1△d（△d为墙片的开裂位移），达到极限荷载后，继续按位移控制，每级增加2△d，直至墙体丧失承载能力。

5）测点布置：在纤维布上几个典型部位布置应变片，观察各部位纤维布在试验过程中的应变状态，通过电阻应变仪记录每个荷载布的应变数据，为研究纤维布的受力过程提供依据。本次试验还在墙体侧面及底梁顶部布置位移计，分别监控墙体的侧向及竖向位移，以保证试验结果的有效性。

（4）试验结果及分析

根据上述试验方法及步骤获得的试验结果如表7所示。

表7 试验结果

	WA1	WAG2	WAG3	WAZ	WB1	WBC1	WBG3	WBZ
									开裂荷载kN	65	75	75	120	75	60	120	180
开裂位移mm	0.61	0.75	0.9	1.51	0.75	0.55	0.73	1.36
									极限荷载kN	179	202	201	290	189	226	277.2	294.6
极限位移mm	7.32	8.25	14.4	16.6	8.25	5.5	11.68	12.24

试验结果分析如下：

①开裂荷载与极限荷载

玻璃纤维布加固后，墙体的开裂荷载和极限荷载均有不同程度的提高，其中WBG3提高最为明显，开裂荷载提高60%，极限荷载提高46.7%；试件WAG２的开裂荷载提高15.4％，极限荷载提高12.8％；试件WＡG3的开裂荷载提高15.4％，极限荷载提高12.3％；试件WBC1由于墙体的砌筑质量差，其开裂荷载较低，没有参考价值；试件WAZ的开裂荷载提高84.6％，极限荷载62％；试件WBZ的开裂荷载提高140％，极限位移提高55.9％。

②开裂位移和极限位移

从试验结果来看，试件WAG3提高最为明显，开裂位移提高为47.5％，极限位移提高96.7％。试件WAG2开裂位移提高22.9％，极限位移提高12.7％。试件WBG3的开裂位移几乎没有提高，极限位移提高41.6%。而构造柱加固墙体ＷＡＺ和ＷＢＺ的开裂位移分别提高147.5％和81.3％，极限位移分别提高126.8％和48.4％。

③锚固和粘结

从试验现象的描述中得出，试验墙体的横向压条锚固的碳纤维布未发生粘结破坏，说明横向压条的锚固是有效的和必要的。从玻璃纤维布拉断后的剥离面来看，胶结层并未发生破坏，而是砖块被撕裂，说明玻璃纤维布－结构胶－墙体三者之间的粘结是可靠的。

上述对比试验证明了本发明加固方法具有良好的耗能能力，控制裂缝发展的能力，有效的提高了砖砌墙体的整体性能和抗倒塌能力。

实施例2 一种纤维布加固砖砌墙体的方法：

（1）在纵横墙的“L”、“十”连接处，外墙面每个直角边粘贴宽度为“300+墙厚”的玻璃纤维布，高度与房屋等高；并在端头直角粘贴一层宽度为150mm横向玻璃纤维布压条长度大于竖向玻璃纤维布200mm，中间每隔500～600mm均匀粘贴一层同端头相同的玻璃纤维布压条；内墙面每个直角边外墙面每个直角边粘贴一层宽度为300mm的玻璃纤维布，高度与室内房间高度等高；并在端头直角粘贴一层宽度为150mm横向玻璃纤维布压条长度大于竖向玻璃纤维布200mm，中间每隔500～600mm均匀粘贴一层同端头相同的玻璃纤维布压条。

（2）在纵横墙的“T”连接处，外墙面对称于内墙中轴线粘贴宽度为“600+墙厚”的玻璃纤维布，高度与房屋等高；并在端头直角粘贴宽度为150mm横向玻璃纤维布压条长度大于竖向玻璃纤维布200mm，中间每隔500～600mm均匀粘贴同端头相同的玻璃纤维布压条；内墙面的玻璃纤维布的粘贴部位及方式同步骤（1）。

（3）门窗洞口处加固，可在开洞口采用三面包裹并压横向玻璃纤维布压条的方法进行加固。其中墙厚方向的玻璃纤维布宽度为墙厚，其它两个面上粘贴的纤维布的宽度为300mm，横向纤维布压条同步骤（1）。

（4）在每层楼板位置沿整个建筑物外墙粘贴环形宽一层度为300mm的玻璃纤维布。

（5）粘贴玻璃纤维布的具体施工步骤：①确定粘贴玻璃纤维布的位置；②面层处理：将步骤（1）确定的位置处打磨平，并露出新砖面；③表面修正：对打磨处用找平胶找平，并刷底胶；④等底胶指触干燥后刷浸渍胶并粘贴玻璃纤维布，再在纤维布外层刷一层浸渍胶，常温下干燥七天后即成。

Claims

1.一种纤维布加固砖砌墙体的方法，其特征在于，先确定砖砌房屋或墙体应设置而未设构造柱和/或圈梁的部位，对该部位进行面层处理和表面修正，再按照以下步骤粘贴纤维布：

③在沿应设的构造柱高度方向每隔500mm～600mm设置粘贴至少一层宽100mm～200mm的横向纤维布压条，且其在应设的构造柱内侧的长度至少要超出所述竖向纤维布宽度200mm。

2.根据权利要求1所述的纤维布加固砖砌墙体的方法，其特征在于，还包括墙体上门窗和/或洞口处加固步骤：对门窗和/或洞口周边墙体的相邻三面进行面层处理和表面修正后，以至少一层纤维布粘贴包裹墙体三面并分别压横向纤维布压条至少一层，其中墙厚方向的纤维布粘贴宽度与墙厚度相同，其它两个面上粘贴的纤维布的宽度为300mm～800mm，横向纤维布压条设置方式同所述步骤②。

3.根据权利要求1所述的纤维布加固砖砌墙体的方法，其特征在于，还包括楼板对应的墙体处的加固步骤：对每层楼板所对应部位的墙体外侧周围部位进行面层处理和表面修正后，设置粘贴至少一层宽度为300mm～800mm的纤维布。

4.根据权利要求1、2或3所述的纤维布加固砖砌墙体的方法，其特征在于，所述面层处理的方法为：对确定的砖砌房屋或墙体应设置而未设构造柱和/或圈梁的部位打磨平，并露出新砖面。

5.根据权利要求4所述的纤维布加固砖砌墙体的方法，其特征在于，在所述面层处理后，进行表面修正：对打磨处用找平胶找平，并刷底胶。

6.根据权利要求5所述的纤维布加固砖砌墙体的方法，其特征在于，粘贴纤维布的方法为：等底胶指触干燥后刷浸渍胶并粘贴裁好的纤维布，再在纤维布外层刷一层浸渍胶，两层以上的纤维相叠贴时重复该步骤，干燥后即成。

7.根据权利要求6所述的纤维布加固砖砌墙体的方法，其特征在于，所述找平胶为环氧树脂、酚醛树脂中的至少一种；所述底胶为环氧树脂、酚醛树脂中的至少一种；所述浸渍胶为环氧树脂、酚醛树脂中的至少一种。

8.根据权利要求6所述的纤维布加固砖砌墙体的方法，其特征在于，在所述表面修正和/或粘贴纤维布步骤的实施过程中应保证气温不低于5℃、空气湿度≤85％，各纤维布间的搭接长度不小于150mm。

9.根据权利要求1、2或3所述的纤维布加固砖砌墙体的方法，其特征在于，在所述粘贴纤维布步骤之后还包括防护层涂装步骤：在粘贴好的纤维布层外涂装涂料层、水泥沙浆层或107胶水泥砂浆层，以提高碳纤维补强构件的耐久性及防火性能。

10.根据权利要求1、2或3所述的纤维布加固砖砌墙体的方法，其特征在于，所述纤维布为玻璃纤维布、碳纤维布、芳纶纤维中的至少一种。