摘要：本文首先分析砌体结构裂缝的种类及分布，各种裂缝对砌体结构的危害；然后通过实验分析碳纤维布加固砌体结构裂缝措施的效果。
关键词：砌体结构：裂缝；危害；加固；碳纤维布
0 引言
砌体结构是指用砖、石、砌块等块材通过砂浆砌筑而成的结构。虽然具有一定的抗压承载力，但其抗拉、抗剪、抗弯强度均较低，极易在各种作用下出现裂缝，裂缝是砌体结构质量中最主要也是最难处理的问题之一。
1 砌体结构裂缝的种类及分布
砌体结构裂缝主要分为受力裂缝和非受力裂缝两大类。在各种直接作用下砌体结构产生的裂缝称为受力裂缝；而在各种间接作用下引起的裂缝为非受力裂缝，又称变形裂缝。
1.1 受力裂缝多出现在抗震设防区的建筑物上，虽然有圈梁构造柱、钢筋混凝土现浇板等整体连接，但这也不能完全保证不出现裂缝。比如发生在房屋底层窗台处的竖向裂缝等。
1.2 砌体结构房屋的温度裂缝一般多产生于房屋的顶层，裂缝沿屋顶圈梁与墙体交接面水平分布及墙体外角斜向分布，其次是门窗洞口45度斜向分布。
1.3 当地基发生不均匀沉降后，沉降大的部分砌体与沉降小的部分砌体会产生相对位移，从而使砌体中产生附加的拉力或剪力，当其超过砌体的强度时，砌体中便产生相对裂缝。这种裂缝一般都是斜向的，且多发生在门窗洞口上下。
1.4 当混凝土砌块的收缩受到约束并且收缩引起的拉应力超过了块材的抗拉强度或块材与砂浆之间的抗剪强度时会出现收缩裂缝。此裂缝无方向性，裂缝较细为0.1mm～0.3mm。
2 各种裂缝对砌体结构的危害
砌体结构出现裂缝和产生变形对建筑物的危害主要表现在结构安全性和房屋使用功能两个方面。砌体结构受力裂缝的出现预示着结构承载力可能不足。温度裂缝危害并不大，但对房屋的整体性、耐久性和外观影响较大。干缩裂缝不仅破坏了墙体外观，而且在建筑上分布广、数量多，裂缝的程度也比较严重。地基基础不均匀沉降轻则引起房屋墙体开裂，重则引起房屋结构整体或局部倾斜甚至倒塌，威胁到房屋的正常使用及结构的安全。
3 碳纤维加固砌体结构裂缝的实验研究
碳纤维加固技术是近年来兴起的结构加固方法，在加固方面具有显著优势。但其在砌体结构加固领域的研究和应用还不是很多，进一步的研究很有必要，尤其是不改变结构形状和不影响建筑外观的技术特点，对历史文化建筑的修复加固更有意义。
3.1 碳纤维材料的性能碳纤维即纤维状碳材料，主要分为聚丙烯腈基碳纤维及沥青基碳纤维。用作结构加固材料，主要有片材(布材和板材)、棒材、型材、短纤维等几种形式，其中技术最成熟、应用最广泛的是碳纤维布材。
3.2 碳纤维布加固砌体裂缝的试验研究
3.2.1 试件设计与制作本试验共制作3片无构造柱、无洞口的砖墙，墙的上下两边都设置了钢筋混凝土梁。材料采用标准砖，规格为240min×115mm×53mm，强度等级为MUIO；混合砂浆强度等级为M5。墙片宽3m，高2.5m，墙厚240mm。
3.2.2 试件加固方案碳纤维布厚0.11mm，幅宽分别为150mm和200mm，在砖砌体两面呈“x”形加固。首先将拟粘贴处的墙体表面打磨平整，并将浮灰清除干净：然后涂一层基底胶，干燥后用掺入水泥的胶找平：最后均匀饱满的涂一层粘结剂，将裁剪好的碳纤维布粘贴、压实、排气，并养护一周。
3.2.3 试验装置与加载制度试验装置由水平加载系统和竖向加载系统两部分组成，在砖砌体顶部施加垂直荷载模拟上层竖向荷载，在砖砌体顶部施加反复水平荷载模拟地震力。往复作动器前端的拉压力传感器和墙体顶中部的机电百分表分别连接到动态电阻应变仪上，再输出到函数记录仪上，以绘制荷载一位移滞回曲线。垂直荷载的数值通过千斤顶上的压力传感器在电阻应变仪上显示。本试验在砌体的上下两边都设置了钢筋混凝土梁，顶梁传递水平剪力，并使垂直压力均匀地传到砌体上。试验时，先加竖向荷载按0.5Mpa一次加足。稳压后启动液压往复作动器施加水平荷载，采用逐级加载的方式，每级按20KN递增，每级循环一次，直至墙体开裂：开裂后按位移控制，每级增加一个裂缝单位，循环2次：达到极限荷载后，每级增加两个裂缝单位，直至墙体破坏。
3.2.4 试验测点布置及试验数据的采集本试验安装了5个位移计，分别布置在墙的上部、中部和下部以及顶梁、底梁处。试验时位移计的读数、液压往复作动器的荷载和位移值由计算机采集。并采用拟静力试验程序画出荷载一位移曲线。以监控试验进程并确定试件的屈服荷载。
3.2.5 试件的破坏形态试件w1(未加固墙体)：当荷载达到破坏荷载的70～80％时，在近力端墙趾出现较小的水平裂缝，随着荷载增加，裂缝逐渐增大并向墙底部的中间发展：当荷载达到破坏荷载的90％时，墙体突然开裂，出现一条明显的阶梯形裂缝，宽约0.2mm，随着荷载增加，该裂缝宽度明显加大至1mm左右，远离受力端墙底的砖出现竖向裂缝，第一、二皮砖被压碎，墙体位移急剧加大，试件破坏。试件W2、W3(加固墙体)：当荷载达到破坏荷载的90％以上时，墙底两侧的砖出现竖向裂缝，这时可以听到碳纤维布发出响声，但尚未与墙体表面脱离：当位移控制加载到7ram时，墙体突然出现沿碳纤维布的斜向裂缝，并向墙体中部发展，此时碳纤维布在裂缝发展方向有局部被拉裂的现象，但并未拉断；当位移控制加载到9mm时，墙体端部砖块被压碎，整个墙体受弯剪复合破坏。
3.2.6 试验结果分析
从表3可以看出，加固后的试件与未加固的试件相比，其开裂荷载和极限荷载都有不同程度的提高，开裂荷载的提高率平均达到10％左右，极限荷载也有一定幅度的提高。同时，加固后的试件的极限位移增大，墙体延性较未加固墙体有显著改善。
3.2.7 计算复核根据试验结果证实碳纤维布加固砖砌体时，主要通过碳纤维布的受拉作用来提高构件的抗剪承载力。碳纤维布加固墙体的抗剪承载力(Pu加固)等于未加固墙体的抗剪承载力(Pu未加固)与碳纤维布受拉机制的抗剪承载力(Pu碳纤维)之和。即：
Pu加固=Pu未加固+Pu碳纤维
为简化计算，取碳纤维布的长短向丝的应变均为定值。
Pu碳纤维=nc~Et(81bLsin0+l／2e2L’2)／h
n－碳纤维布层抗剪承载力数，α－碳纤维布抗剪承载力的影响系数，E－碳纤维布弹性模量，t－碳纤维布的计算厚度，ε1、ε2一碳纤维布长、短向丝的应变，b－碳纤维布宽度，L－墙体长度，L’－碳纤维布长度，θ－碳纤维布沿长向的水平夹角。
Pu未加固=(fv+0.140'O)A
fv―墙体非抗震抗剪强度，σ0－直压应力。
4 结语
以上进行的试验及分析仅基于单片墙体，其对整体结构的影响需通过进一步的整体结构计算分析或整体模型试验进行验证，故只对试验结果进行了基础性处理和定性分析，采用碳纤维布加固砌体结构的裂缝是有效的。采用碳纤维布加固砖砌体，可提高其抗剪承载能力，提高墙体的开裂荷载、极限荷载，明显改善墙体的变形能力，增加墙体的延性，开裂位移也有显著的提高。
参考文献：
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[4]CECS1462-2003《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》