关于用CFRP柔性 tendon增强砖砌体剪切性能的实验研究（这些柔性 tendon嵌入到砂浆接缝中）

  本文针对历史砖石结构因砂浆接缝劣化导致的承载力与抗震能力下降问题，提出采用碳纤维增强聚合物（CFRP）柔性筋嵌入式加固方法。通过42组试件对角剪切试验，系统研究原始砂浆强度、加固砂浆强度、CFRP筋直径、接缝深度及间距等关键参数对加固效果的影响。结果表明该方法显著提升抗剪强度（最高1.79倍）、延性系数（15.67倍）和能量吸收能力（34.8倍），并建立了考虑砂浆强度与加固材料特性的抗剪承载力预测模型，验证了其工程适用性。

  砂浆接缝强度的下降是现有砌体结构承载能力和抗震性能降低的主要原因之一。为了解决这一问题，本研究提出了一种在砂浆接缝中嵌入碳纤维增强聚合物（CFRP）柔性 tendon 的加固方法。为了评估这种修复技术的有效性，设计并制造了42个砖砌墙体试件。通过进行斜向剪切试验，研究了嵌入砂浆接缝中的CFRP柔性 tendon 对砖砌体剪切性能的影响。系统分析了关键参数（包括原始砂浆接缝强度、修复砂浆强度、接缝间距、CFRP柔性 tendon 直径和接缝深度）对修复砌体剪切行为的影响。试验结果表明，尽管所有试件在剪切试验中都表现出脆性破坏，但所提出的方法显著改善了破坏模式并提高了墙体的延性。修复后的试件在剪切强度、延性系数和能量吸收能力方面均有显著提升。其中，单层砖接缝间距的试件表现最佳，其剪切强度、延性系数和能量吸收能力分别比未加固的对照组提高了1.79倍、15.67倍和34.8倍。基于实验数据分析，通过引入砌体砂浆（

  ）的修正系数，开发了一种CFRP tendon 加固砌体的剪切能力预测模型。预测值与实验结果吻合良好。

  由于材料来源方便、施工简单且成本低廉[1]、[2]、[3]、[4]，砌体结构在全球范围内得到了广泛应用。然而，长期暴露在自然环境中的现有历史砌体建筑受到多种因素的影响，包括风化侵蚀和材料性能退化，导致墙体机械性能显著恶化，尤其是砌体砂浆的风化问题尤为突出[5]、[6]、[7]。这种砂浆风化削弱了砂浆与砌体单元之间的界面粘结力，从而降低了砌体结构的承载能力，并显著降低了结构的整体性能和抗震能力[8]、[9]。针对这一情况，及时采取有效的加固措施以提高砌体结构的机械性能已成为确保历史建筑安全的迫切需求。

  目前，砌体结构的常见加固方法主要包括：钢筋混凝土表层法、钢网水泥砂浆层法、外部粘贴纤维增强聚合物（FRP）复合材料法和扶壁柱添加法[10]、[11]、[12]。尽管这些方法可以有效提高砌体结构的承载能力和抗震性能[13]、[14]，但它们在历史建筑加固中的应用仍存在明显局限。一方面，上述加固方法往往会对建筑外观造成较大改动，这与历史建筑修复中遵循的“最小干预原则”[15]相冲突；另一方面，使用钢网增强水泥砂浆/混凝土的单面覆盖层厚度通常在40毫米到60毫米之间，这会增加相当大的结构重量，从而影响建筑空间的功能性。因此，在最大限度地保持历史建筑原有外观的同时提高结构安全性，仍然是当前加固技术研究的关键挑战。

  根据调查，砖砌体结构通常会出现严重的砂浆风化现象，而砖块本身仍保持足够的强度[16]。Valluzzi等人[17]提出了一种针对砌体结构薄弱环节——砂浆接缝的接缝修补加固技术。该技术通过更换部分低强度砂浆来改善结构的机械性能。施工过程主要包括两个阶段：首先使用专用设备清除风化的砂浆，然后将高强度聚合物砂浆压注到接缝中并压实，从而提高结构的承载能力和抗震性能。与其他传统加固方法相比，接缝修补技术具有多个优势：首先，通过合理的设计和施工，它最大限度地保持了原有外观，避免了传统方法常见的表面损伤，特别适合历史建筑或需要保持立面的项目；其次，它仅处理砂浆接缝而不增加结构重量，实现了轻量化加固；第三，它具有良好的成本效益，材料使用量少，施工周期短，总体成本低。

  许多学者对嵌入加固方法进行了广泛研究。Garcia-Ramonda等人[18]在砌体墙体中实施了水平嵌入加固，并进行了斜向剪切试验，发现剪切能力提高了31%，同时保持了初始刚度并显著提高了墙体的延性。Borri等人[19]通过单向循环剪切试验用不锈钢条加固了10个墙体面板，发现加固后的试件的侧向承载能力提高了113%。Soti等人[20]在砌体墙体中使用了水平钢筋加固进行了伪静态试验，证明水平加固提供了额外的变形能力并改善了破坏模式。Misnon等人[21]使用环氧树脂和水泥浆作为粘合剂，用钢丝绳进行了加固，发现近表面安装的加固方式提高了墙体刚度，伪延性指数达到了277%，剪切强度提高了261%，能量吸收能力提高了5.7倍。Demaj等人[22]研究了使用螺旋钢筋和传统钢筋的各种加固配置。他们的研究结果表明，虽然单向（无论是水平还是垂直）加固在提高抗力和能量吸收方面效果有限，但水平-垂直网格组合配置显著提高了能量吸收能力。值得注意的是，45°斜向加固在强度、延性和能量吸收能力方面取得了全面改进。现有研究表明，尽管嵌入加固方法可以有效提高砌体的剪切强度和组件的延性，但在实际工程应用中仍存在显著局限性。一方面，传统加固方法通常使用直径较大的普通钢筋，开槽过程需要30毫米至40毫米的宽度，这在安装过程中会对砖砌体造成较大损伤（如图1所示）。同时，钢筋保护层厚度不足会带来腐蚀风险，可能导致二次结构损伤[23]、[24]；另一方面，钢筋的高刚性使得在砂浆接缝中的嵌入过程变得复杂，限制了加固路径只能采用线性配置。因此，这种方法对于有效处理墙体角部、开口周边以及纵向和横向墙体交界处等关键应力集中区域效果不佳[25]、[26]、[27]。

  为了解决这些技术挑战，本研究创新性地提出了碳纤维增强聚合物（CFRP）柔性 tendon 嵌入接缝的加固方法。首先，该方法使用CFRP柔性 tendon 作为嵌入加固材料。由于CFRP具有耐腐蚀、轻质和高温耐受性等优点，它解决了传统方法中钢筋腐蚀导致的耐久性问题[28]、[29]、[30]、[31]。其次，CFRP材料的抗拉强度约为钢的5-10倍，因此可以将CFRP柔性 tendon 的直径减小到3-5毫米。这使开槽宽度减小到10毫米以内，允许通过选择性清除原始砂浆接缝来实现加固，同时显著减少对现有结构的损伤（示意图见图2）。此外，作为柔性材料，CFRP柔性 tendon 可以适应墙体中的L形角和T形接头等复杂几何形状。针对关键薄弱区域的定向加固能够全面提高结构的抗震性能。

  本研究创新性地提出了CFRP柔性 tendon 嵌入砂浆接缝的加固方法，采用玻璃纤维增强砂浆作为粘结材料来加固砌体墙体。通过进行斜向剪切试验，研究了嵌入砂浆接缝中的CFRP柔性 tendon 对砖砌体剪切性能的影响。系统分析了关键参数（包括原始砂浆接缝强度、修复砂浆强度、接缝间距、CFRP柔性 tendon 直径和接缝深度）对修复砌体剪切行为的影响。基于实验结果，开发了CFRP tendon 嵌入修复砖砌体的剪切能力计算模型。该模型为在实际工程应用中实施这种加固技术提供了理论和实践验证。

  测试用的粘土砖为兰州当地供应商生产的MU10级烧结普通粘土砖，标准尺寸为240毫米×115毫米×53毫米。压缩强度试验按照GB/T 2542-2012[32]标准进行。试验过程中，每个完整的砖块试件首先沿纵向切成两半，然后将两半砖块以相反的方向堆叠（断裂面相对），并

  为了研究砂浆接缝强度、修复砂浆强度、CFRP柔性 tendon 直径、接缝深度和接缝间距对加固砖砌体剪切性能的影响，使用了低强度砌体砂浆（M1、M2、M3）、玻璃纤维增强修复砂浆（40 MPa、50 MPa、60 MPa）、直径为3毫米、4毫米和5毫米的CFRP柔性 tendon、接缝深度为20毫米、40毫米和60毫米的试件，以及1层、2层或3层砖间距的接缝

  试件的典型破坏模式可分为三种类型：接缝滑动破坏、剪切摩擦破坏和斜向拉伸破坏，如图9所示。对于表现出斜向拉伸破坏的试件，在早期加载过程中，细小微裂纹首先在中间高度区域形成。随着载荷的增加，这些裂纹逐渐沿砂浆接缝向两端扩展，并伴有明显的嘎吱声。达到峰值载荷后，载荷趋于稳定

  嵌入砂浆接缝中的CFRP柔性 tendon 加固砖砌体的剪切能力预测模型

  采用ACI 549[47]中提出的分析公式来计算砌体墙体的名义剪切能力，并将分析结果与相应的实验值进行比较。嵌入接缝的砖墙体在斜向压缩载荷下的剪切能力基于叠加原理计算：

  砌体砂浆机械性能的退化是现有砌体结构承载能力和抗震性能直线下降的主要原因之一。为了解决这个问题，本研究提出了一种在砂浆接缝中嵌入CFRP柔性 tendon 的加固技术。通过进行斜向剪切试验，研究了嵌入砂浆接缝中的CFRP柔性 tendon 加固的砖砌体的剪切性能。研究系统地

  本工作得到了“住房和城乡发展”2021年科学技术计划（2021-K-011）、