1.1　FRP加固砌体结构的工法

　　为保证加固质量，先需要对FRP加固砌体结构的施工工艺作出具体要求，清华大学林磊等建议，与FRP加固混凝土的工法类似，FRP加固砌体结构的工法大体分为以下几个步骤：
　　施工准备→砌体表面处理→配制并涂刷底层树脂→配制找平树脂并修复部分不平位置→配制粘贴树脂并粘贴FRP布条带→FRP布构造处理。
　　施工准备包括加固区域放线、准备加固工具、裁剪纤维布(板)等。
　　砌体表面处理指去除加固部分砌体剥落、疏松等劣化的表面，露出符合强度要求的砌体表面，去除粘贴区域表面的油渍和灰尘并且保持表面干燥。按《民用建筑可靠性鉴定标准》(GB 50292―1999)规定，将砌体结构的风化或粉化等级分为as级、bs级和cs级。对以as级可以采用粘贴纤维片材对砌体结构进行加固修复；对bs级风化粉化的局部进行处理、或者在施工期间和施工完成后能改善所处环境的，也可以采用粘贴纤维片材对砌体结构进行加固修复；对cs级不建议采用粘贴纤维片材对砌体结构进行加固修复。砌体表面的平整度和均匀性不如混凝土表面，尤其竖缝部位存在较多空洞，在表面处理的时候用高强度等级的早强水泥砂浆将较大空洞填补整齐，避免FRP片材空鼓。
　　配制并涂刷底层树脂，应当使底层树脂渗入砌体表面。由于砌体表面孔隙率远比混凝土表面大，对树脂的吸收能力也比混凝土大。根据试验制作的经验，混凝土表面只需要涂抹一层底层树脂就可以达到渗入混凝土孔隙并且为下一步工序提供平整粘结界面的目的，而在砌体加固中可能需要涂抹2～3层(根据表面孔隙率而异)。底层树脂的涂抹应当在上一遍树脂未干透的情况下进行。
　　为了使墙体变形传递到FRP上使之发挥作用，需要墙体和FRP之间良好的粘贴和锚固。由于砌体结构强度和模量低，FRP在砌体上的锚固长度比在混凝土上更长，在砌体上粘贴的FRP更容易受压屈曲剥离。当被加固墙体为窗间墙或者四周有圈梁构造柱的墙体时，FRP可以在墙体外部较充分地粘贴锚固。但在更多时候墙体不能在体外锚固，FRP布需要一些特殊的构造处理保证FRP性能的发挥，包括FRP布端部锚固处理和FRP布中部对拉措施。
　　当FRP只能在被加固墙体自身内锚固时，应当在端部封闭、弯折，或者设置对拉FRP增强端部锚固的效果。对于水平粘贴FRP，应尽量将两个墙面上的FRP处理成封闭的形式(图9.4-1a)。如果不能封闭，则应尽量使FRP绕过墙体的阳角粘贴一段(图9.4-1b)，并且可以用对拉锚固FRP增加锚固效果(图9.4-1c)。FRP绕过砌体墙的阳角时，墙角应当处理成圆角(通常倒角半径R≥20mm)。斜向粘贴FRP通常不能在端部封闭，因此需要借助FRP压条增强锚固，但FRP压条自身还需要用对拉锚固FRP增强锚固(图9.4-2)。

　　当水平FRP约束墙体变形的同时，内部砌体的开裂破碎等情况都会使砌体的体积增加，从而将FRP向面外挤胀，FRP在面外的弯曲刚度更小，因而容易发生面外破坏。为防止这种现象出现，建议采用对拉锚固FRP构造(以下简称对拉FRP)，沿粘赌于墙面的FRP布置(实际布置间距为350~500mm)，见图9.4-3。对拉FRP是用FRP布条带制作的拉接构造，将FRP布条带穿过预先制作好的孔洞从另一个孔中穿回并搭接好，与对粘贴FRP形成垂直墙面的约束，增强粘贴FRP与墙体的相互作用。对拉FRP和粘贴在两个墙面上的FRP共同约束着其包围的砌体形成整体，还可以提高这部分砌体的抗压能力。
　　对拉FRP的制作工序包括以下主要步骤(对应于图9.4-4a~h)：(a)设计好准备布置对拉FRP的位置，在墙上定位；(b)根据对拉FRP的下料尺寸裁剪FRP；(c)根据需要在墙面上钻孔，每个对拉锚固FRP需要两个成对的孔，两个孔的间隔不宜太大；(d)清孔，清除孔洞内的灰尘和砂子；(e)浸渍FRP；(f)用铁丝等物牵引FRP穿过孔洞；(g)从成对的另一个孔中穿回；(h)将对拉FRP头尾搭接，成为自我封闭的对拉锚固FRP。以上步骤中，(a)、(b)在施工准备阶段完成，(c)、(d)在砌体表面处理阶段完成，(e)、(f)、(g)、(h)在正常表面粘贴的FRP施工完毕后进行。

1.2　试验研究和试验现象

　　由于砌体结构的松散性，其破坏路径势必多种多样，因此，FRP加固的形式也很多，清华大学林磊等进行了以下一些加固形式的试验研究(图9.4-5)。

　　试验现象表明，在弯曲型破坏的墙体中，FRP抗剪加固不能提高墙体大承载力，但能提高受剪破坏承载力储备，保证墙体在较大变形下不发生剪切破坏，提高受弯承载的延性。

　　在剪切破坏的墙体中采用FRP抗剪加固能够有效地提高墙体的受剪承载力，并且改善墙体的滞回性能和延性。图9.4-6所示为不同试件荷载位移曲线对比。从图中可以看出，W2-0为未加固对比试件，抗剪承载力和滞回延性都不好。CW2-1为交叉粘贴CFRP，CW2-2和CW2-3都为水平加固且加固量相同，区别仅为CW2-3布置了FRP拉条。可见拉条对提高构件延性效果明显。效果好的加固形式是混合加固。对不同粘贴方式FRP的应变考察，有以下规律；
　　(1)水平粘贴FRP在双向荷载作用下总是受拉，说明水平粘贴FRP可有效地对双向加载发挥加固作用；
　　(2)端部封闭加固可以有效避免FRP剥离，提高FRP承载力发挥程度；
　　(3)对拉FRP能有效防止水平FRP向外鼓胀剥离，防止交叉FRP因受压屈曲剥离，提高FRP与墙体的粘结性能和FRP加固作用的发挥程度；
　　(4)根据墙体受力情况采用适当的混合加固方式对提高墙体受剪承载力、变形性能和耗能性能的效果比较好。

1.3　加固砌体墙破坏机理

1.3.1　FRP加固砌体墙剪摩破坏的破坏机理

　　除了材料强度比较低的原因外，无筋砌体墙受剪承载力低的一个重要原因在于其组成方式的离散性和开裂后墙体的松散性。组成方式的离散性是指墙体是由砌块和砂浆按照一定规律组成，这样的组成方式在墙体中留有明显的交界面，而且这些交界面是连续而贯通的，当一种材料比另一种材料的强度高时，这些交界面就成为连续而贯通的薄弱面分布于整个墙体，从而将墙体分割成许多独立单元。开裂后墙体的松散性是指无筋墙体中的材料都是脆性的，当墙体某两处因开裂而分离后，两者之间不存在任何联系，因此当墙体出现裂缝，且裂缝相互贯穿将墙体分割成若干独立单元时，这些独立单元之间是松散的，因为扰动或者别的原因而分离散落，使墙体丧失承载的整体性。
　　剪摩破坏受力机理为：剪摩滑动裂缝上部的砌体在裂缝下部砌体上滑动，截面剪切强度与截面摩擦力共同提供受剪承载力，在一般情况下摩擦力提供的承载力占主要部分。墙体的剪摩裂缝不是在某一荷载下突然出现并且贯通的，而是在某些应力较大的地方先出现，然后逐渐扩展连通成贯通的剪摩裂缝。换句话说，剪摩裂缝的出现是有先后的，在荷载达到下一级出现新的剪摩裂缝前，已有的剪摩裂缝两侧必然发生错动并使内力重新分配，因此先出现的剪摩裂缝在继续加载过程中受力性能的变化将影响墙体的剪摩承载能力。当砌筑砂浆强度很高，剪摩裂缝两端砌体的滑动对该裂缝的剪摩性质没有太大影响；当砌筑砂浆强度很低，剪摩裂缝一般在砂浆层出现，剪摩裂缝两端受压错动，砌筑砂浆容易破碎形成微小的砂砾和粉末，这些砂砾和粉末形成了滚动摩擦的机制而降低了墙体的剪摩系数，这意味着截面剪摩性质受到了削弱。
　　低强度砂浆破碎形成更多的细微砂砾和粉末，这些沙砾和粉末容易向外散落，造成剪摩破坏截面填充物质减少，增加了无筋砌体的松散性；同时也造成破坏截面上的应力增加和围压(破坏截面周围砌体对开裂截面的约束作用)减小，加重墙体开裂截面的破坏，增大墙体的离散性。
　　当墙体开展的剪摩裂缝将墙体分割成两个部分时，墙体的承载力取决于这个开裂截面的受力性能，FRP的作用即为在墙体开裂截面上直接发挥拉力，因此定义为FRP对墙体承载力的直接加固作用。FRP直接加固作用与FRP的粘贴锚固性能关系很大，当FRP在开裂截面两端有充分的锚固时，FRP工作应变大，直接加固作用也越大。端部封闭相当于增加FRP的锚固，对拉FRP的构造措施对粘贴FRP施加沿法线向内的压力作用，也能增加FRP的锚固效果。
　　前面论述了无筋砌体的离散性和松散性对墙体受剪承载力的影响。当将FRP按照一定方式粘贴于砌体墙表面，FRP将块材在沿纤维丝方向上连成整体，提高了其所经过砌缝的受拉能力和刚度，减小了墙体的离散性；粘贴于砌体表面的FRP能阻止开裂破碎的砌块和砂浆松散掉落，减小墙体的松散性。墙体的离散性和松散性的改善提高了墙体的受剪承载力。FRP的这种作用不同于前面所说的直接加固作用，定义为间接加固作用。FRP的间接加固作用可以分为剪摩系数提高作用、内力改变作用以及破坏形态转化作用。
　　当墙体在某些裂缝处开裂，如果粘贴的FRP能够跨越裂缝并且FRP纤维丝方向与裂缝张开的方向一致，则可以改变墙体在该处破坏的脆性性质，增加开裂面两端墙体的联系，减小墙体开裂后的松散性，使开裂后墙体上各个部分不至立即散落，发挥这些破碎砌体的受压、受剪性能，维持墙体整体完整性。FRP通过这些被约束的破碎砌体形成对内部灰缝砂浆的约束，增加内部围压形成“围压摩擦”作用，提高剪摩系数。在这种加固作用中，FRP的加固作用是通过维持松散砌块、砂浆于原处来提高剪摩系数终实现承载力提高的，因此定义为FRP对墙体承载力的剪摩系数提高作用，属于FRP间接加固作用。

　　在无筋砌体墙受剪时，由于墙体的离散性，任何贯通的薄弱面都是可能出现的受剪破坏路径，而不只斜向裂缝一种。一般地说，墙体的剪摩破坏可能出现图9.4-7所示的三种破坏路径。破坏路径①为常见的斜裂缝破坏；破坏路径②为水平裂缝破坏，由于底部水平截面上的内力不均匀性比较大，剪摩系数随着轴压比的增大而降低，因此底部水平裂缝截面的剪摩承载力较低，水平裂缝剪摩破坏通常发生在底部；破坏路径③为墙体中部一般裂缝破坏，其具有一定裂缝发展高度h，产生位置根据墙体墙度、刚度和损伤情况而定。
　　未加固砌体墙的剪摩破坏一般情况下沿破坏路径①发生，因为无筋砌体墙的抗拉强度很小，剪应力传递主要靠剪摩作用，因此水平剪力传递路径不能超过砌体的摩擦角，也就是说，当墙体上部ab承受剪力时，砌体的剪力剪摩传递机制不能将剪力传递到右下角的d点或f点，因此在三个破坏路径中，路径①截面上承受的剪力大；随着荷载增加，先是墙体对角线附近的主拉应力超过主拉应力强度而出现裂缝，裂缝出现后破坏路径①截面上的损伤造成该路径承载力比完好情况有所降低。由于路径①截面上的剪力作用比较大而承载力下降多，未加固砌体受剪剪摩破坏通常沿着路径①破坏；而由于墙体裂缝对路径②剪摩作用的影响比对路径①剪摩作用的影响小，因此路径②的受剪承载力比路径①大。同理，路径③的受剪承载力介于路径①路径②之间。同时，由于上述剪力传递的原因，路径②③上内力较小，因此潜在的破坏路径②③上仍然有继续承载的余地。
　　在砌体墙表面粘贴FRP，增加了墙体受拉部分，使墙体在内力分布和承载力两个方面都发生了改变。
　　从内力角度上看，FRP改变了剪力的传力途径，使得墙面上的内力分布更加均匀，在墙体上部ab承受剪力时，剪力可以被传递到右下角的d点或f点，减小了斜裂缝路径①截面上的剪力，增大了破坏路径②③截面上的剪力，使得该截面上的内力变得均匀；同时，在破坏路径②③截面上砌体附加剪应力的影响比较小，也使得该截面上的内力变得均匀。9.2中提到，砌体破坏截面上传力受力不均匀导致全截面粘结抗剪发挥系数a<1。通过FRP加固，墙体内部变形和内力都变得更加均匀，从而提高全截面粘结抗剪发挥系数a。同时，斜向FRP在受拉时能增加墙体破坏截面上的竖向压力分量，提高剪摩承载力。以上FRP通过改变墙体内力分布来提高墙体受剪承载力，定义为FRP对墙体承载力的内力改变作用，属于FRP间接加固作用。
　　从截面承载力角度上看，无论水平加固方式还是交叉加固方式都将穿越斜裂缝剪摩破坏路径①，从上述的直接加固作用和间接加固作用两个途径提高了该截面的承载力；对底部水平破坏路径②而言，当FRP不能在墙体外部锚固时，不能在这一截面上提供直接加固作用，而只能提供间接加固作用，因此FRP对底部水平截面承载力的提高比较小；对于破坏路径③而言，则可能有斜向FRP或者部分水平FRP穿越该路径提供直接加固作用和间接加固作用。因此，当墙面上粘贴FRP加固后，墙体的剪摩破坏路径可能由加固前的破坏路径①转化为加固后的路径②路径③，这种破坏形态的转化相当于挖掘出了潜在破坏路径的承载潜力，提高了墙体的承载力，定义为FRP对墙体承载力的破坏形态转化作用，属于FRP间接加固作用。

1.3.2　FRP加固砌体墙剪压破坏的破坏机理

　　如前所述，FRP对砌体剪压承载力的提高可以分为直接加固作用和间接加固作用。
　　在未加固墙体发生剪压破坏时，由于砌体墙的松散性，周围砌体不能对破坏单元提供可靠的水平约束。未加固墙体内某剪压破坏单元的受力状态如图9.4-8(a)，其对应的应力圆如图9.4-8(c)，图中a面为单元水平面、b面为单元垂直面，β为主压应力相对竖向压应力的转角(图9.4-8(a))，σ_y为a面上的压应力，τ为a、b面上的剪应力。该处在竖向压力和水平剪力的作用下主应力是拉应力，当该主应力达到砌体抗拉强度ft时，该单元发生破坏。

　　当FRP粘贴于墙体表面并且在荷载作用下受拉时，其对内部砌体产生约束应力σ_f，约束应力的方向与纤维粘贴方向有关，如图9.4-8(b)，其产生的约束应力对应的应力圆如图9.4-8(d)。图中θ为纤维方向与水平方向的夹角，σ_fy为FRP产生的水平方向约束正应力，σ_fy为FRP产生的垂直方向约束正应力，τ_f为FRP产生的约束剪应力，V₁为b面上的约束应力向量，V₂为a面上的约束应力向量。将V₁、V₂叠加作用于未加固墙产生应力圆，可以求出FRP加固后墙体该点的应力圆(图9.4-8(e))。可以看出，由于叠加了FRP约束应力，该点的主应力从拉应力变成了压应力，墙体处于双向受压的状态下，在相同的外部荷载作用下不再发生主拉应力大于主拉应力强度的剪压破坏。在这个作用机理中，FRP的贡献比较复杂：FRP提供的约束剪应力可以看作直接参与抗剪作用，视为FRP直接加固作用；FRP提供的水平约束正应力通过提高砌体的围压来提高墙体受剪承载力，视为FRP间接加固作用。
　　总结以上加固机理分析，FRP对砌体墙受剪承载力的提高作用可以归纳为图9.4-9。