近日，港澳彩 魏洋教授团队在国际期刊《Construction and Building Materials》上发表题为“A unified numerical model and efficiency evaluation of RC beams strengthened with steel, CFRP, and external prestressing”的研究论文，系统报道了角钢、CFRP和体外预应力加固钢筋混凝土（RC）梁的效率评价及统一数值模型研究成果。该论文第一作者为硕士研究生易际阳，魏洋教授为通讯作者。
钢筋混凝土梁作为桥梁与建筑结构中的核心承重构件，随着服役年限增长、交通荷载不断提升及环境因素持续作用，部分既有RC梁已难以满足现行承载力和耐久性要求，亟需开展高效加固与科学性能评估。目前，粘贴钢板或角钢、粘贴CFRP以及体外预应力加固为工程中较为主流的三种加固方式，然而既有研究多聚焦于单一加固方法，缺乏适用于不同技术的统一分析模型，难以实现加固效果的横向对比与合理选型。
针对上述问题，研究团队开展了4根足尺RC梁的四点弯曲试验，涵盖未加固梁、CFRP加固梁、角钢加固梁和体外预应力加固梁，系统对比了三种加固方式对梁体开裂、变形及承载性能的影响。试验结果表明，三种方法均能有效延缓裂缝发展并提升抗弯性能。其中，角钢加固可使屈服荷载提高39%~96%，在提升承载力的同时兼顾良好的延性性能；CFRP加固可将屈服荷载最高提升128%，但过多CFRP层数可能导致延性降低；体外预应力加固效果最为显著，屈服荷载、屈服挠度和极限荷载分别提高146%~198%、48%~80%和121%~157%。
在试验基础上，研究团队基于ABAQUS建立了高精度有限元模型，综合考虑材料非线性、界面黏结损伤及体外预应力滑移效应，试验与模拟结果的误差控制在5%以内。进一步，团队扩展了22根参数化模拟梁，系统量化不同加固参数对RC梁受弯性能的影响。最终，研究提出了基于纤维单元法的统一承载力计算程序，引入预应力筋滑移系数和CFRP剥离系数，以表征不同加固材料与原RC梁间的协同工作效率。该程序可快速预测未加固及不同加固方式下RC梁的屈服承载力和受压区高度，为工程加固设计与方案优选提供了高效、便捷的计算工具。
钢筋混凝土(RC)梁三种加固方法模块示意图
不同方法加固RC梁的荷载-挠度响应对比
不同方法加固梁的参数化扩展有限元分析
不同方法加固RC梁的统一纤维单元模型
不同方法加固RC梁承载力的统一计算程序图形界面
在此基础上，团队进一步开发了可视化图形界面程序，可对角钢、CFRP和体外预应力不同方法加固的RC梁的承载力进行快速预测，可用于不同加固方案的对比分析与工程设计辅助。该研究为既有钢筋混凝土梁加固方法的统一评价、承载力预测和工程化选型提供了理论依据与计算工具，对桥梁维修加固及既有结构性能提升提供参考。
供稿：易际阳；供图：易际阳；审核：魏洋；编辑：许历隆
