纤维增强聚合物的使用

多年来，纤维增强聚合物 (FRP) 一直用于砌体和混凝土结构的抗震改造应用。FRP 也被用于木结构的一般修复目的。示例包括通过用 FRP 包裹来修复和加固木柱或柱子，以及通过用 FRP 包裹梁或在木梁的侧面或底部放置 FRP 来加固木梁。

当对带有木质屋顶隔板的砌体剪力墙结构进行抗震改造时，常见的抗震改造方法通常需要部分或全部去除存在于胶合板屋顶护板顶部的屋顶材料，以安装隔板边界和其他钉子。因此，当出于维护原因需要重新屋顶时，构建这样的改造措施是理想的。有时，传统方法（需要去除屋顶材料）不是首选方法，因为屋顶材料具有更多年的剩余寿命，或者由于保修问题和屋顶结构类型（即立缝屋顶材料），部分屋顶去除不切实际。在这些情况下，应考虑考虑替代方法来实现从结构墙到屋顶隔板的平面内和平面外荷载传递。可以评估将 FRP 材料粘合到木框架和屋顶护套上，作为实现所需连接的一种可能方法。

FRP 在木屋顶系统中的典型安装。

最近审查了几种不同的 FRP/木材安装配置，以解决其中许多具有挑战性的条件。其中包括三种情况下的平面内剪切转移：2X 木屋顶框架到胶合板护套，2X 木屋顶框架到定向刨花板 (OSB)，以及胶合板或 OSB 到砖石墙。FRP 作为 2X 木材构件和胶合板（或 OSB）护套之间的剪切传递材料，需要进行测试以验证这种方法的有效性并确定允许的设计能力。

在犹他州最近的一个地震升级项目中，设计团队确定了与考虑 FRP/木材连接的每个配置相关的设计载荷。该团队随后与一家大型 FRP 制造公司合作开发了一个测试程序。测试程序包括测试粘合到胶合板和 2X 木构件上的多种玻璃纤维复合板配置。对样品进行压缩测试以确定整个木材/胶合板/FRP 组件的剪切强度。胶合板的取向既平行又垂直于 2X 木材构件的纹理方向。胶合板还按照 ASTM D4541 进行了直接拉断粘合测试。极限强度设计 (USD) 剪切设计载荷通常在 500 磅/线性英尺 (lbs/lf) 到 1,000 lbs/lf 之间。测试的平均极限剪切强度（失效时）为 6,900 lbs/lf，标准偏差为 850 lbs/lf。失效模式始终是胶合板分层导致的木材失效。任何标本均未发生 FRP 分层。

设计团队继续使用来自测试的数据，在木材与木材和木材与胶合板（或 OSB）连接中使用 FRP 开发最终施工文件。本文包含在代表性位置的安装照片。（值得注意的是，各种 FRP 材料与 CMU 粘合的使用已被广泛使用，并且存在有据可查的设计方法。因此，虽然 CMU 对 FRP 的容量包括在设计计算中，但本文不讨论。）

将 FRP 材料粘合到任何基材上时，质量控制和表面处理要求至关重要。对于木材对木材的 FRP 应用，表面处理包括用砂轮轻微磨损木材和胶合板。在将 FRP 连接到 OSB 的情况下，仅优选非常轻微的磨损。然后用丙酮对木材表面进行轻度清洁。在应用玻璃纤维板和聚合物之前应用粘合剂。现场测试包括直接拉力测试，使用与实验室测试相同的拉力测试方法。质量控制措施包括监测表面准备、安装前对所提供材料的验证以及对安装条件的现场检查。这些现场检查包括验证与木材粘合的材料区域、验证搭接长度、和检查与木材的粘合完整性（即，不存在超出规定可接受水平的分层或空隙）。其他因素，例如正交构件连接处所需的 FRP 半径、现有木材类型与试样类型的相关性以及木材的纹理方向也很重要，但为简洁起见，本文不讨论。

FRP 是一种有效的材料，可用于砌体建筑中木屋面系统的抗震改造。使用的程序可以在不重新屋顶的情况下构建抗震改造措施，从而将项目总成本降低 50% 以上。此外，鉴于良好的测试结果，将 FRP 用于木材与木材的连接不需要仅限于要避免屋顶拆除的情况，也不需要仅限于 CMU 墙体结构。FRP 用于木结构抗震加固的潜在用途可能包括混凝土剪力墙或砖剪力墙结构中的屋顶和地板隔板加固。所提出的概念也适用于加强木隔膜连接以应对其他横向载荷，例如风载荷。