预应力UHPC加固RC梁抗弯性能试验研究

张阳 黄松龄 刘颖峰 邵旭东

摘 要：提出了预应力UHPC加固技术，以期实现损伤 RC 结构更加高效耐久的加固防护.为研究该加固技术对RC 梁抗弯性能的影响和作用，对加固层分别为常规配筋UHPC层、预应力UHPC层的2 根损伤 RC 加固梁（Reinforced-UHPCStrengthened Beam，RUB和Prestressed-UHPCStrengthened Beam，PUB）以及1根未加固 RC对比梁（Reinforced Concrete Beam，RCB）进行了正截面抗弯试验，试验结果显示：试验梁均表现为传统的弯曲破坏，损伤 RC 梁加固后抗 弯性能较未加固梁有显著提升;其中预应力UHPC层加固效率明显高于常规配筋UHPC层，预 应力UHPC加固层改善了结构应力状态，进一步抑制了裂缝的形成与开展;此外，预应力UHPC加固层更为出色的拉伸性能使得 RC 梁的抗弯刚度和极限承载力得到更为明显的提升.PUB加固梁在开裂荷载以及抗弯极限承载能力上较RUB加固梁分别提升了89.2%、36.9%.同时提出了预应力UHPC加固梁极限承载力计算公式，计算结果与试验结果吻合良好.

关键词：超高性能混凝土;RC 梁;加固;预应力;抗弯性能

中图分类号：U443.3  文献标志码：A

Experimental Study on Flexural Behavior of RC Beams Strengthened with Prestressed Ultra-high Performance Concrete

ZHANG Yang?，HUANG Songling，LIU Yingfeng，SHAO Xudong   （Key Laboratory of Wind and Bridge Engineering of Hunan Province，Hunan University，Changsha410082，China）

Abstract：PrestressedUHPCstrengthening technology was proposed to achieve amore efficient and durable strengthening for damaged RC structures.In order to investigate the effect of prestressedUHPCstrengthening tech-nology on flexural behavior of RC beams， normal section bending tests were carried out on two damaged RC strength-ened beams（Reinforced-UHPCStrengthened Beam，RUB and Prestressed-UHPCStrengthenedBeam，PUB）and one unstrengthened contrast RC beam（Reinforced Concrete Beam，RCB）.Among strengthened beams， RUB was strengthened by the reinforcedUHPClayer， and PUB was strengthened by the prestressedUHPClayer.The experi-mental results showed that all test beams showed conventional bending failure， and the flexural behavior of RC beams was significantly improved after being strengthened.The flexural strengthening efficiency of the prestressedUHPClayer was higher than that of the reinforcedUHPClayer.The prestressedUHPClayer improved the stress state of the structure and further inhibited the formation and development of cracks.In addition， the better tensile performance of the prestressedUHPClayermade the flexural stiffness and ultimate bearing capacity of RC beams further improved.Compared with RUB， the cracking load and ultimate bearing capacity of PUB were increased by 89.2% and36.9%，respectively.Also， a calculation formula of ultimate bearing capacity of prestressedUHPCstrengthened beamwas proposed， and the calculation results were in good agreement with the experimental results.

Key words：Ultra-high Performance Concrete（UHPC）;RC beam;strengthening;prestressed;flexural behavior

超高性能混凝土（Ultra-High Performance Con-crete，UHPC）是一種具有超高力学性能的新型水泥基复合材料[1]，由于在开裂后表现出的应变硬化行为，其具有远 超 普 通 混凝 土（NSC）的超 强 抗 拉 韧性[2].UHPC内部结构致密，孔隙极少，在耐磨、抗冻 融循环以及抗氯离子侵蚀等耐久性指标上也明显优 于普通混凝土[3].此外，已有研究表明，UHPC与NSC 黏结界面具有较高的抗剪强度，黏结耐久性良好[4].因此，UHPC是一种有前景的RC结构修复材料，具有同步实现结构增强与耐久防护的潜在优势[5].

对使用UHPC加固 RC组合构件的工作性能，国内外已有学者展开了相应研究.Habel 等[6-7]对UHPC-RC组合构件的抗弯性能与时变行为进行了试验研究，结果表明UHPC加固层能够延缓构件裂 缝的形成与开展，提高构件的承载能力，而UHPC-RC组合构件的时变效应主要由UHPC在90 d内的自收缩控制，长期荷载作用下UHPC与RC表现出良好的几何相容性.Oesterlee[8]和Safdar等[9]对UHPC-RC 叠合梁进行了理论与试验研究，结果表明，在UHPC薄层配筋后可明显提高抗弯加固效果，构件抗弯刚 度与承载能力随着UHPC层厚度以及配筋率的增大而提高.Al-osta 等[10]研究了现浇或胶黏UHPC条带 加固 RC 梁的抗弯性能，试验结果表明，当对矩形梁进行三面围套加固时，结构抗弯刚度与承载能力的提升最为显著，但延性损失也相较严重，不同界面黏 结方式对加固梁抗弯性能无明显影响.张阳等[11-12]对配筋UHPC加固损伤 RC梁、板进行了抗弯试验研究，分析了RC结构损伤程度、UHPC增韧处理方法等 参数对UHPC-RC组合结构抗弯性能的影响，研究结果表明，UHPC层加固效果随着RC梁的损伤程度增 大而减弱，UHPC增韧后加固梁的抗裂能力和抗弯性能得到进一步提升.

上述研究结果均验证了使用UHPC加固 RC 结构的有效性.然而，常规配筋UHPC层无法改善 RC 结构的应力状态，原有损伤裂缝在外荷载作用下易 重新开展，对于开裂严重、承载能力降低明显的RC 结构而言，其加固效率还有待提高;为此，本文考虑 在配筋UHPC层内施加预应力，形成预应力UHPC加固层，以期实现损伤 RC结构更加高效耐久的加固防 护.具体方法为采用单根细钢绞线加小型扁平截面波纹管，实现预应力在UHPC加固薄层中的施加，并对损伤 RC 结构表面进行凿毛刻槽处理，提高UHPC-RC结合面黏结强度[13]，保证预应力UHPC加固的工程可行性.

本文通过四点弯曲试验研究了预应力UHPC薄层加固损伤 RC梁的抗弯和抗裂性能，探索分析了配 筋UHPC层与预应力加固技术组合使用对RC结构抗 弯性能的影响，为预应力UHPC加固技术在RC结构加固领域中的推广应用提供参考依据和技术支持.

1试验概况

1.1试件设计及材料特性

RC梁普通混凝土设计强度等级为C50.加固材料UHPC主要由水泥、硅灰、石英粉、石英砂、混雜钢纤维以及高效减水剂组成，为提高UHPC的抗拉韧性，1% 直径为0.12mm、长8mm的短直型钢纤维与2% 直径为0.20mm、长13mm的端勾型钢纤维混杂 搭配使用.普通混凝土与UHPC立方体抗压强度和弹性模量分别按照《混凝土物理力学性能试验方法 标准》（GB/T 50081—2019）[14]与《活性粉末混凝土》（GB/T31387—2015）[15]规定的标准试验方法进行测定，UHPC初裂强度由狗骨头试件单轴抗拉试验测定[16]，混凝土材料性能试验结果见表1.

设计试验梁3根，分别为未加固对照梁（Rein-forced Concrete Beam，RCB）、常规配筋UHPC加固梁（Reinforced-UHPCStrengthened Beam，RUB）、预 应力UHPC加固 梁（Prestressed-UHPCStrengthened Beam，PUB）.试验梁主要参数如图1所示，RC梁几 何尺寸为2 800mm×400mm×200mm，净跨为2 600mm，梁内钢筋均采用HRB400 级普通钢筋，其中受拉 纵筋为3?18，架立筋为2?12，箍筋布置情况弯剪段为?10@60mm，纯弯段为?10@140mm.UHPC加固层厚 度为50mm，RUB 梁常 规 配 筋UHPC层布 置3?12 受拉钢筋（HRB400），PUB 梁预应力UHPC层布 置2?12 受拉钢筋（HRB400）加单根直线型?12.7低松弛1860 级预应力钢绞线.?12、?18钢筋实测屈服 强度fy分别为466.7mPa、435.5mPa，?12.7钢绞线实测屈服强度fpy为1781.6mPa.

1.2加固流程

预应力UHPC新型桥梁加固技术，主要针对RC 梁截面受拉区进行加固补强，图2所示为预应力UHPC加固技术在实际工程中的应用示意.

在实验室中，RC 梁在常温养护 60 d后，为模拟 RC构件在加固前的实际开裂情况，加固之前对RC 梁进行了预压加载，预压至 RC 梁开裂并出现宽度为0.2mm的裂缝后卸载，采用UHPC进行加固，为保证 准确预压至目标裂缝宽度，预压过程中采用裂缝观测仪同时测试多条裂缝的宽度变化情况，当其中有一条裂缝宽度达到目标值时立即停止加载.

PUB 试验梁具体加固工序为：①将预压损伤 RC 梁底面普通混凝土进行凿毛处理，凿毛深度为3～5mm，为避免 PUB 梁UHPC-RC 界面因预应力钢绞 线的张拉发生剪切破坏，界面端部同时进行了刻槽 处理，槽深25mm，界面处理完成后清理干净表面残 余混凝土碎渣与灰尘，并保持界面处于湿润状态;②搭设UHPC加固层模板，布置受拉纵筋和预应力波纹管，其中波纹管截面尺寸为20mm×50mm，与纵筋平行布置，然后在模板内浇筑UHPC加固层;③UHPC加固层常温养护 7d后，在波纹管预留孔道内穿设张拉预应力钢绞线，控制应力为0.5fpy;通过表贴应变片及穿心式压力传感器实测得到UHPC加固层跨中底部压应变为69 ?ε，钢绞线有效拉力为80.6 kN;最后在波纹管孔道内压注早强套筒灌浆 料，使预应力钢绞线与混凝土黏结成为整体;④加固 结束后进行常温养护 28 d以上直至加载.RUB 梁加固工序与PUB梁相同，界面无须进行刻槽处理.RC 梁界面处理及UHPC层配筋如图3所示.

1.3试验加载及测量方案

如图4所示，试验梁采用四点弯曲加载进行抗 弯性能测试，纯弯段长600mm，剪跨长1000mm.试 验过程中，主要测量并记录了试验梁跨中、加载点以及端部支座处的挠度变化情况、弯曲裂缝宽度开展 情况、梁内受拉纵筋和混凝土的应变变化情况以及 加固梁UHPC-RC 界面的相对滑移情况.挠度与滑 移数据的变化均由千分表测得;钢筋、混凝土应变变化由相应表贴应变计测得，混凝土开裂后名义受拉 应变由引伸仪测得;裂缝宽度变化由智能裂缝观测仪（分度值为0.02mm）进行监测.

2试验结果及分析

2.1破坏模式及荷载特征值

试验结果显示，所有试验梁的破坏模式均为传 统的弯曲破坏，即受拉纵筋屈服后，裂缝宽度迅速增 大，梁体下挠加剧，顶部普通混凝土受压破坏，加固 梁破坏过程中还伴随着钢纤维从UHPC基体中拔出的撕扯声.3根试验梁抗弯破坏时梁体变形及裂缝分布情况如图5所示，可以看出，未加固 RCB 梁裂缝 总数量较少，但主裂缝数量较多，破坏时梁体下挠变形严重;而加固梁（RUB、PUB）由分别在UHPC加固层与RC 梁中产生的弯曲裂缝在UHPC-RC 界面处贯 穿形成单根的弯曲主裂缝，其余 RC 裂缝宽度及其平均间距均较小，UHPC层密集分布多条微裂缝（裂缝 宽度<0.05mm）.从加固梁的对比来看，PUB 梁在预 应力的作用下，其抗裂能力及抗弯刚度均进一步提 升，破坏时梁体主裂缝宽度以及下挠变形均明显小于RUB 梁.值得一提的是，加固梁在弯曲荷载作用下均表现出良好的整体工作性能，其中PUB 梁UHPC-RC 界面黏结完好，水平裂缝宽度较小，而 RUB 梁界面在主裂缝局部位置开裂较严重，但未造成界面剥 离破坏.

试验梁实测荷载特征值见表2，其中Pcr为试验 梁开裂荷载，Pccr为加固梁RC 裂缝重新张开荷载，Puy、Pcy分别为UHPC层以及 RC 梁受拉钢筋的屈服 荷载，Pu为试验梁峰值荷载.需要说明的是，损伤 RC 梁在加固后，原有RC损伤裂缝因UHPC薄层的约束作用处于闭合状态，Pccr 即为RC损伤裂缝重新 张开达到可视宽度0.02mm时对应的荷载值.由表2可知，与未加固梁RCB相比，加固梁抗弯性能有明显提升;其中抗裂能力的提高主要得益于UHPC层具有超高的初裂强度，在开裂前可承受的弯曲拉应力更大，而梁截面高度和配筋率的提升以及UHPC层裂后的应变硬化性能使得加固梁获得了更高的抗 弯承载能力.对比不同加固梁的加固效果，在抗裂能力方面，PUB 梁在Pcr 与Pccr 上较RUB 梁分别提高了89.2%、67.7%;在屈服荷载以及抗弯承载能力方面，PUB 梁在Puy、Pcy 与Pu 上较RUB 梁分别提高了35.1%、40.9%、36.9%.PUB 梁具有更高的抗裂强度是因为截面受拉区处于预应力状态，外荷载在该位置造成的主拉应力可由预压应力部分抵消，即“消 压”过程，延缓了裂缝的形成与开展;同时，预应力钢绞线远超普通钢筋的抗拉性能使得预应力UHPC层具有更高的拉伸强度和韧性，延缓了结构受拉钢筋的屈服，并进一步提高了PUB 梁的抗弯承载能力.总的来说，PUB 梁在抗裂性能与抗弯承载能力方面较RUB 梁均有显著提升，即预应力UHPC薄层的加固效率更高.

2.2 裂缝开展情况

反映各试验梁抗弯全过程UHPC（RC）裂缝宽度变化的荷载-裂缝宽度曲线如图6所示，图中A点表示混凝土开裂荷载点（Pcr 或 Pccr），B 点表示钢筋屈服 荷载点（Puy 或 Pcy）.可以看出，加固梁不仅在开裂荷 载上较未加固梁RCB有较大幅度的提升，其裂缝开 展速度也明显较慢.加固梁的弯曲裂缝的开展过程主要经历了两个阶段，阶段Ⅰ（A-B）：多重开裂阶段，此阶段UHPC层裂缝开展十分缓慢，但竖向弯曲 微 裂 缝 数量 却不断增 多，在加固层钢筋屈 服 前，UHPC层各弯曲裂缝开展速度基本保持一致，无明显的主裂缝出现;此外，多重开裂以及裂后应变硬化的特性使得UHPC层表现出良好的拉伸韧性，约束了RC 受拉区的拉伸变形，抑制了RC新的裂缝形成和损伤裂缝的重新开展.PUB梁在此阶段裂缝的开展 因预压应力的作用而明显延缓，其抗裂性能在RUB 梁的基 础上得到了进一步提升 ;阶段Ⅱ（B 点 之后）：裂缝宽度非线性增长阶段，UHPC加固层在内部受拉钢筋屈服后对混凝土裂缝宽度的控制能力减弱，UHPC层多条微裂缝合并形成宽度较大（约为0.20mm）的弯曲主裂缝，裂缝开展加快.

各试验梁达到特征裂缝宽度时对应的荷载值列 于表3中，其中P0.05、P0.10、P0.20分别为最大裂缝宽度达到0.05mm、0.10mm、0.20mm时对应的荷载值.由表3可知，试验梁在达到相同特征裂缝宽度时，加固梁承载能力较未加固 RCB梁有显著提升.对比不同加固梁，PUB 梁在P0.05、P0.10、P0.20 上较RUB 梁分别 提升了47.9%、67.9%、38.1%，说明预应力UHPC层较常规配筋UHPC层具有更强的拉伸韧性，对裂缝开 展的抑制能力更强，使得 PUB 梁在较小的裂缝宽度下获得了更高的承载能力.

2.3 荷载-应变关系

UHPC加固层以及 RC梁中受拉钢筋荷载-应变曲线如图7所示.可以看出，钢筋应变随荷載变化的过程基 本 上可以划分为以下3个阶段.阶段Ⅰ ：UHPC（RC）开裂前阶段（A 点之前），此阶段UHPC层以及 RC 梁内钢筋应力水平较低，应变呈线性增长;阶段Ⅱ：UHPC（RC）开裂后至钢筋屈服的AB 阶段，混凝土开裂后，截面应力重分布，受拉钢筋需要更大的应变来承担弯曲拉应力，因此荷载-应变曲线在A 点出现了第一次转折，钢筋应变增长速度加快;阶段Ⅲ：屈服阶段，当荷载超过80%极限荷载之后，UHPC层与RC 梁受拉钢筋相继屈服，应变快速增长，曲线 逐渐趋于平缓.通过对比加固梁与未加固梁RCB的钢筋荷载-应变曲线可看出，对应相同荷载水平，加固梁钢筋拉应变明显小于RCB梁，究其原因有三点： 首先，加固梁截面高度增大，相同荷载作用下，梁底产生拉应力较小;其次，截面配筋率提高，使得单根钢筋所承担的拉应力减小;最后，UHPC开裂后钢纤 维没有从基体中立即拔出，加固层由于钢纤维的桥 接作用仍具有一定的抗拉能力，为受拉钢筋分担部分弯曲拉应力，延缓加固梁截面的应力重分布.对比不同加固梁，采用预应力UHPC层对损伤 RC 梁加固后，截面受拉区有一定的预压应力储备，在外荷载作用下，梁截面主拉应力的减小使钢筋的应力水平也相应降低，因此 PUB 梁中钢筋应变增长较RUB 梁更为缓慢.RC构件中受拉钢筋应力水平的降低能有效减小混凝土裂缝宽度，从而提高构件的耐久性能.

RUB 梁与PUB 梁UHPC加固层开裂应变（对应开裂荷载 Pcr）实测值分别为150.5 ?ε和237.3 ?ε，后者较前者 提高了57.7%，直观 地 体 现了预 应力对UHPC加固层抗裂强度的提升作用.值得一提的是，RUB 梁UHPC加固层开裂应变乘以实测弹性模量（见表1）所得开裂应力为6.6mPa，小于UHPC实测初裂强度（见表1），这可解释为UHPC-RC 加固梁为新老混凝土组合结构，后浇UHPC硬化过程中的收 缩变形受到了RC 梁的约束作用，致使加固层产生了一定的约束收缩附加拉应力，消耗了UHPC的抗拉性能，导致了UHPC加固层开裂应力的降低.

2.4挠度及延性

各试验梁荷载-跨中挠度曲线如图8所示.从图中可以看出，在加载前期（A 点之前），加固梁受二次受力影响，挠度略小于未加固梁RCB.梁体开裂后（A 点之后），RCB 梁刚度明显下降，曲线出现转折，而 加固梁基本保持为线弹性工作状态，且挠度远大于RCB 梁，这是因为配筋UHPC层不仅提高了加固梁截面抗弯惯性矩，且UHPC开裂后仍能保持较高的抗拉强度（应变硬化现象），加固梁截面刚度得以维 持.对比不同加固梁，预应力UHPC加固层中高强 预应力钢绞线的存在使得 PUB 梁截面抵抗弯矩的能力进一步增强，且混凝土裂缝在预应力作用下开展 也较缓慢，较小的裂缝宽度也抑制了梁体的转动变形，在荷载-跨中挠度曲线上表现为挠度的提高.随着RC 梁内受拉纵筋的屈服（B 点），各试验梁挠 度均明显降低，荷载-跨中挠度曲线出现明显的屈 服转折点，下挠变形加快;在达到峰值荷载（C 点）后，试验梁承载能力下降，下挠变形加剧，曲线进入下降段.

试验梁位移延性性能可采用构件塑性变形能力来反映，用延性系数μ（μ = Δ u /Δy）进行定量评估[17]，其中Δy为RC 受拉钢筋屈服时所对应的跨中位移，Δ u 为试验梁承载能力下降至 85%Pu时对应的跨中位移;试验梁实测Δy、Δ u以及计算所得延性系數μ 列于表4中，其中γ为各试验梁与RCB 梁延性系数μ 之 比.试验结果显示，RC 梁在使用UHPC薄层加固后塑性变形能力稍有下降，RUB、PUB 梁延性性能分别 降至 RCB 梁的96.1%、86.9%.其中PUB 梁延性损失相对较大的原因在于预应力UHPC薄层具有较强的抗拉韧性，在受拉纵筋屈服之后，加固梁纯弯段裂缝 宽度较小，且只形成单根主裂缝，与其余试验梁数量 多、宽度大的弯曲裂缝相比，预应力UHPC加固层较强的拉伸性能和数量较少、宽度较小的弯曲裂缝降低了PUB 梁截面塑性铰的转动变形能力，从而造成了结构延性的损失.

2.5UHPC-RC界面相对滑移

UHPC-RC加固组合构件在发生弯曲变形时，因UHPC与普通混凝土之间弹性模量的差异，UHPC层与RC 梁在界面处产生了弯拉变形差，导致UHPC-RC界面发生相对滑移.加固梁UHPC-RC界面相对滑移量实测结果表明，剪跨位置处界面相对滑移量 最大，图9所示为加固梁实测荷载-滑移曲线，试验过程中测得 RUB 与PUB 梁界面水平开裂荷载分别为203.3 kN、310.5kN（如图9中A点所示）.可以看 出，水平裂缝出现之前，界面相对滑移增长较缓慢，而 PUB梁截面刚度较RUB梁更大，在同等荷载作用下，PUB梁体弯曲变形较小，UHPC层与RC梁界面处的弯拉变形差也相应较小，因此UHPC-RC界面的相对滑移也更小.界面沿水平方向开裂后，相对滑移 加快，但因水平裂缝仅在局部位置出现，且开展较慢，故直至构件进入极限状态后，界面相对滑移也没有进一步加剧，在整个受力过程中，加固梁（RUB、PUB）UHPC层与RC梁黏结较完好，无剥离破坏发生，RUB与PUB梁界面最大相对滑移分别为0.181mm、0.201mm.总的来说，在对RC梁加固面进行凿毛处理后，UHPC-RC界面具有足够的黏结强度，保证预应力UHPC层加固RC构件后具有良好的整体工作性能.

3 极限抗弯承载力计算

3.1材料本构模型

在PUB 加固梁极限抗弯承载力计算中，各材料的本构关系选择如下：①加固层UHPC具有裂后应变硬化特性，配筋UHPC极限拉伸应变εuu可达0.225%～0.261%[18]，超过了普通钢筋的屈服应变（0.2%）.因此，理论计算应考虑UHPC裂后应变硬化 行为，假定UHPC初裂强度fut（见表1）与极限抗拉强 度fuu相同，采用双折线模型模拟UHPC受拉本构关系，UHPC受拉本构关系如图10所示.②普通混凝土 采用规范《混凝土结构设计规范（2015 年版）》（GB 50010—2010）[19]所给出的本构模型.③加固梁中钢筋、预应力钢绞线的拉、压本构关系均采用理想的弹 塑性双折线模型，即达到屈服强度后，应变继续增长而应力保持不变.

3.2 抗弯承载力计算

PUB加固梁极限抗弯承载力计算模型如图11所示，对于极限状态下的PUB加固梁，受压区普通混凝 土已进入塑性状态，计算模型中将受压区混凝土应力分布等效简化为矩形，认为受压区混凝土均匀达 到其抗压强度fc，同时极限状态下普通钢筋（预应力钢绞线）分别已达到其屈服强度fy（fpy）.根据图10所示的UHPC受拉本构关系，在极限状态下UHPC加固层未破坏失效，仍处于裂后应变硬化阶段，其抗拉能力保持在开裂强度fut不变，并假设拉应力沿UHPC厚度方向均匀分布.

根据图11所示计算模型，混凝土受压区高度x可通过截面静力平衡关系求得，然后由对受压钢筋合力点取矩之和为零的平衡条件可得到加固梁极限抗弯承载力m，计算公式如下：

式中：hc、hu、h分别为原 RC 梁截面、UHPC加固层以及 PUB加固梁组合截面的高度;as为RC梁受拉纵筋截面重心至 RC 梁底距离;a为RC 梁受压纵筋截面重心至 RC梁顶距离;au为加固层受拉钢筋及预应力钢绞线重心至 PUB 加固梁梁底距离;Ast、Asc分别为RC 梁受拉纵筋与受压纵筋的截面面积;Asu、Ap分别为UHPC加固层受拉纵筋与预应力钢绞线截面面积;Au为UHPC加固层截面面积.

將 PUB加固梁各项数据代入上述公式后求得极 限承载弯矩，换算成施加荷载为528.6 kN，记为Pcu，与试验实测值 Pu进行对比，得到 Pcu/Pu为94.9%，理 论计算值与试验结果吻合良好，且小于试验实测值，计算结果偏安全.

4 结论

为探究预应力UHPC加固损伤 RC 梁的抗弯性能，对加固技术分别为常规配筋UHPC薄层、预应力UHPC薄层的2根 RC加固梁（RUB、PUB）以及1根未 加固 RC对照梁进行了抗弯试验研究，并对预应力UHPC加固梁极限承载能力进行了理论分析，得出以下基本结论：

1）未加固梁与加固梁均表现为传统的弯曲破坏;损伤 RC 梁在使用UHPC加固后，抗裂强度与抗 弯承载能力均明显提升.其中预应力UHPC层加固 效率更高，与RUB加固梁相比，PUB加固梁在开裂荷 载以及 抗 弯 极 限 承载能力上分别 提 升了89.2%、36.9%.

2）预应力UHPC加固层主动改善了结构的应力状态，降低结构内部受拉钢筋的应力水平的同时也 延缓了裂缝的形成与开展，与未加固 RC对照梁和RUB 加固梁相比，PUB 加固梁在较小的裂缝宽度状 态下获得了更高的承载能力.

3）损伤 RC梁在使用预应力UHPC层加固后，梁体下挠变形得到了更为有效的控制，抗弯刚度较RUB加固梁进一步增大，但其塑性变形能力下降，造 成了一定的延性损失.

4）RC梁加固面在经凿毛处理后，预应力UHPC加固层与RC 梁界面间的黏结性能优异.在试验过程中，PUB加固梁界面相对滑移很小，结构整体工作性能良好.

5）提出了PUB 加固梁极限抗弯承载力计算公 式，理论计算值与试验实测值吻合良好，计算结果偏 安全.

6）配筋UHPC与预应力加固技术的组合使用使其加固效率较常规配筋UHPC层大幅提高，更加高效地改善了RC结构在使用阶段的工作性能.

参考文献

[1]陈宝春，季韬，黄卿维，等.超高性能混凝土研究综述[J].建筑科学与工程学报，2014，31（3）：1-24.

CHEN B C，JI T，HUANG Q W，et al.Review of research on ultra-high performance concrete[J].Journal of Architecture and Civil Engineering，2014，31（3）：1-24.（In Chinese）

[2]张哲，邵旭东，李文光，等.超高性能混凝土轴拉性能试验[J].中国公路学报，2015，28（8）：50-58.

ZHANG Z，SHAO X D，LI W G，et al.Axial tensile behavior test of ultra high performance concrete[J].China Journal of Highway and Transport，2015，28（8）：50-58.（In Chinese）

[3]GRAYBEALB，  TANESI J. Durabilityof anultrahigh-

performance concrete[J].Journal ofmaterials in Civil Engineer-ing，2007，19（10）：848-854.

[4]TAYEH B A，ABU BAKAR B H，MEGAT JOHARImA，et al.Mechanical and permeability properties of the interface betweennormal concrete substrate and ultra high performance fiber con-crete overlay[J].Construction and Buildingmaterials，2012，36： 538-548.

[5]BR?HWILER E，DENARI? E.Rehabilitation and strengtheningof concrete structures using ultra-high performance fibre rein-forced concrete[J].Structural Engineering International，2013，23（4）：450-457.

[6]HABEL K，DENARI? E，BR?HWILER E.Experimental investi-gation of composite ultra-high-performance fiber-reinforced con-crete and conventional concretemembers[J].ACI Structural Jour-nal，2007，104（1）：93-101.

[7]HABEL K，DENARI? E，BR?HWILER E.Time dependent be-havior of elements combining ultra-high performance fiber rein-forced concretes（UHPFRC）and reinforced concrete[J].materi-als and Structures，2006，39（5）：557-569.

[8]OESTERLEE C.Structural response of reinforced UHPFRC andRC compositemembers[D].Switzerland：?cole Polytechnique Fédérale de Lausanne，2010：115-117.

[9]SAFDARm，MATSUMOTO T，KAKUMA K.Flexural behavior ofreinforced concrete beams repaired with ultra-high performance fi-ber reinforced concrete（UHPFRC）[J].Composite Structures，2016，157：448-460.

[10] AL-OSTAmA，ISAmN，BALUCHmH，et al.Flexural behav-ior of reinforced concrete beams strengthened with ultra-high per-formance fiber reinforced concrete[J].Construction and Buildingmaterials，2017，134：279-296.

[11] 张阳，党祺，穆程.UHPC加固箱梁顶板受弯性能试验研究[J].湖南大学学报（自然科学版），2017，44（3）：8-18.

ZHANG Y，DANG Q，MU C.Experimental study on flexural be-havior of top deck of box girder strengthened with ultra high perfor-mance concrete[J].Journal of Hunan University（Natural Sci-ences），2017，44（3）：8-18.（In Chinese）

[12] ZHANG Y，LI X L，ZHU Y P，et al.Experimental study on flex-ural behavior of damaged reinforced concrete（RC）beamstrength-ened by toughness-improved ultra-high performance concrete（UHPC）layer[J].Composites Part B：Engineering，2020，186：107834.

[13] ZHANG Y，ZHANG C Y，ZHU Y P，et al.An experimental study：various influence factors affecting interfacial shear performance ofUHPC-NSC[J].Construction and Buildingmaterials，2020，236：117480.

[14] 混凝土物理力学性能试验方法标准：GB/T 50081—2019[S].北京：中国建筑工业出版社，2019：18-25.

Standard for testmethods of concrete physical andmechanical properties：GB/T 50081—2019[S].Beijing：China Architecture & Building Press，2019：18-25.（In Chinese）

[15] 活性粉末混凝土：GB/T31387—2015[S].北京：中国标准出版社，2015：8-9.

Reactive powder concrete： GB/T31387—2015[S].Beijing： Standards Press of China，2015：8-9.（In Chinese）

[16] KANG S T，KImJ K.The relation between fiber orientation andtensile behavior in an Ultra High Performance Fiber Reinforced Cementitious Composites（UHPFRCC）[J].Cement and Con-crete Research，2011，41（10）：1001-1014.

[17] PAmH J，KWAN A K H，ISLAMmS.Flexural strength and duc-tility of reinforced normal-and high-strength concrete beams[J].Proceedings of the Institution of Civil Engineers-Structures and Buildings，2001，146（4）：381-389.

[18] 张哲.钢-配筋UHPC组合桥面结构弯曲受拉性能研究[D].长沙：湖南大学，2016：75-76.

ZHANG Z.Bending behaviors of composite bridge deck systemcomposed of OSD and reinforcedUHPClayer[D].Changsha：Hu-nan University，2016：75-76.（In Chinese）

[19] 混凝土結构设计规范（2015年版）：GB 50010—2010[S].北京：中国建筑工业出版社，2010：34-35.

Code for design of concrete structures（2015 version）：GB 50010 —2010[S].Beijing： China Architecture & Building Press，2010：34-35.（In Chinese）