研究内容

• UHPC结合不同纵筋类型（普通钢筋、GFRP筋、CFRP筋）对锈蚀RC梁抗弯承载力的提升效果有何差异？
• 不同纵筋类型如何影响加固后梁的破坏模式和延性？是否存在强度-延性之间的权衡？
• 锈蚀引起的材料性能退化如何被UHPC加固有效补偿？
• 现有FRP加固设计规范（ACI 440.1R-15和CSA S806-12）能否通过修正适用于UHPC加固锈蚀梁的承载力预测？

研究方法

• 试件设计与制备：所有试件截面相同，受压区配置3根φ16纵筋，受拉区原配置2根φ10纵筋，箍筋φ10@100（纯弯段），保护层厚度12.5 mm。普通混凝土C40，HRB400级钢筋。加固用UHPC的立方体抗压强度145.1 MPa，抗拉强度10.32 MPa。GFRP筋和CFRP筋的极限强度分别为600 MPa和1850 MPa，弹性模量分别为50 GPa和123 GPa。
• 电化学加速锈蚀：将待锈蚀试件浸入5% NaCl溶液中，以受拉纵筋为阳极、不锈钢板为阴极，施加200 μA/cm²的恒流密度。按法拉第定律计算，达到10%和20%目标锈蚀率分别需45天和90天。锈蚀后实测平均锈蚀率分别为14.76%和20.71%（纵筋），最大截面损失率分别达24.43%和40%，表明锈蚀以局部点蚀为主且非均匀性显著。
• 加固工艺：凿除受拉区锈蚀混凝土至41 mm深度，取出锈蚀纵筋经草酸清洗除锈后重新定位。新增加固筋（φ16钢、GFRP或CFRP）置于两根原锈蚀筋之间，与原筋一同绑扎于箍筋上，然后浇筑UHPC恢复原截面尺寸。
• 加载与测量：四点弯曲加载（纯弯段700 mm，跨度2100 mm），分级加载每级5 kN并持荷5 min。采用LVDT测量跨中及加载点挠度，通过荷载-挠度曲线计算弯矩-弦转角关系。屈服点采用等能量法确定。

• 承载力预测模型修正：基于ACI 440.1R-15和CSA S806-12框架，引入锈蚀钢筋强度退化模型（Lee-Cho模型）、锈蚀混凝土强度退化模型（Coronelli-Gambarova模型）和锈蚀箍筋约束混凝土模型（Vu模型），并额外计入UHPC受拉区的贡献和新增加固筋的作用，提出修正的承载力计算公式。采用试验数据库（含本研究6根加固梁及文献22根UHPC加固梁）验证模型精度，并通过ASCE 41-17推荐的可靠性指标β量化预测安全水平。

研究结果

• 锈蚀对未加固梁性能的劣化：锈蚀导致未加固梁的屈服弯矩下降24.1%～35.9%，峰值弯矩下降16.7%～35.2%，破坏转角下降36.5%～62.7%。随着锈蚀率从0增至20%，破坏模式从延性弯曲（L-0）趋向脆性（L-20）。锈蚀纵筋截面损失沿长度分布高度非均匀——10%目标锈蚀率下最大局部截面损失达24.4%，20%目标下达40%；随着锈蚀加剧，离散点蚀坑逐渐合并成更大范围的连续锈蚀区。
• 加固效果的强度提升：在10%锈蚀率下，三种加固方案的峰值弯矩较未加固锈蚀梁分别提升：钢+UHPC为34%，GFRP+UHPC为39%，CFRP+UHPC为62%——CFRP筋凭借其最高强度（1850 MPa）提供了最大承载力提升。在20%锈蚀率下，钢+UHPC仍保持33%的提升，而GFRP和CFRP的提升分别降至18%和32%。钢加固体系因钢筋屈服后能发生显著塑性变形、实现荷载重分布，在高锈蚀率下展现出更稳定的承载力提升效果。
• 破坏模式与延性的显著差异：钢+UHPC加固梁表现出与未锈蚀对照梁相似的延性弯曲破坏，破坏转角较未加固锈蚀梁提升约50%（10%锈蚀）和80%（20%锈蚀），塑性变形能力显著恢复。FRP+UHPC加固梁呈典型脆性破坏——混凝土压碎或FRP筋断裂前几乎无征兆，CFRP加固梁在20%锈蚀下的破坏转角仅0.019 rad（钢加固为0.086 rad）。这表明FRP筋的高强度是以牺牲延性为代价的，选择加固材料时需根据结构对变形能力的要求进行权衡。
• 修正预测模型的精度：修正后的CSA模型平均预测误差为7%（标准差0.21），优于ACI模型的10%（标准差0.22）。基于22根文献试件的扩展验证显示，两种模型预测-试验比均值均为1.22。按ASCE 41-17推荐的超越概率Pf（10%、25%、35%、40%），CSA模型对应的试验-预测强度比β分别为0.65、0.74、0.79、0.81，为工程设计中抗力分项系数的选取提供了定量依据。