趙人達(dá) 占玉林 徐騰飛 李福海 文希 楊世玉 原元 趙成功 張建新

摘 要：為了解過去一年混凝土橋及其高性能材料研究方向的發(fā)展動態(tài)，并在總結(jié)其研究內(nèi)容、方法和成果的基礎(chǔ)上更好地開展后續(xù)研究，從混凝土橋、高性能混凝土材料及高性能加勁筋材三方面著手，查閱了近期文獻(xiàn)，并進(jìn)行了分類、總結(jié)和評述。研究發(fā)現(xiàn)：目前，混凝土橋方向更加注重其耐久性、全壽命周期設(shè)計、壽命預(yù)測及極端環(huán)境下的性能劣化等問題;高性能混凝土材料方面更加注重綠色環(huán)保、增強增韌和自密實等性能研究;與其配套的高性能筋材則主要圍繞強度更高、更耐久的FRP筋展開。對現(xiàn)有研究的不足和有待深化的問題提出初步建議，期待與相關(guān)學(xué)者共同努力，為該方向的進(jìn)一步發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：混凝土橋;高性能混凝土;高性能筋材;研究進(jìn)展

中圖分類號：U444 ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：R ? 文章編號：2096-6717（2020）05-0037-19

收稿日期：2020-04-06

基金項目：國家自然科學(xué)基金（51778531）

作者簡介：趙人達(dá)（1961- ），男，博士，教授，主要從事橋梁結(jié)構(gòu)行為、高性能混凝土及其結(jié)構(gòu)應(yīng)用研究，E-mail：rendazhao@home.swjtu.edu.cn。

Received：2020-04-06

Foundation item：National Nature Science Foundation of China （No. 51778531）

Author brief：Zhao Renda （1961- ）， PhD， professor， main interests： bridge structural behaviors， high performance concrete and its structural applications， E-mail： rendazhao@home.swjtu.edu.cn.

Abstract： In order to understand the development trend of the research direction of concrete bridge and its high-performance materials in the past year， and on the basis of summarizing the research contents， metholds and achievements， the follow-up reserch will be carried out better， this paper reviews the recent literatures from three aspects of concrete bridges， high-performance concrete materials and high-performance reinforced materials.Furthermore， the literatures are classified， summarized and commented.The results show that the current research on concrete bridges pays more attention to durability， life cycle design， life prediction and performance degradation in extreme environments.For high-performance concrete materials， more attention has been paid to research of green environmental protection， strength/toughness improvement and self-compaction. The related high-performance reinforced materials have been mainly focused on the FRP bars with higher strength and better durability. Finally， the paper points out shortcomings of the existing research and the work to be done in the future.

Keywords：concrete bridges; high-performance concrete; high-performance reinforced materials; research advances

橋梁建設(shè)與人類文明發(fā)展息息相關(guān)，其不僅是人類跨越溝壑的重要途徑，更是人類文明碰撞和交流的重要途徑?；炷翗蛄阂恢睘闃蛄旱闹饕獦蚴?，近年來，中國混凝土橋的發(fā)展規(guī)模、建造技術(shù)及相關(guān)新材料的研究已走在世界前列，以其為基礎(chǔ)的一些超級工程已經(jīng)具備世界級地標(biāo)的水準(zhǔn)。

然而，發(fā)展總是伴隨著問題，未來的橋梁建設(shè)必須把極端建設(shè)及使用環(huán)境納入重點考慮對象，并進(jìn)行相應(yīng)研究，如：強風(fēng)、強震及深水、高腐蝕的海洋環(huán)境等;同時，在結(jié)構(gòu)技術(shù)研究遇到發(fā)展瓶頸之后，橋梁高性能材料的發(fā)展將成為突破現(xiàn)有橋梁技術(shù)瓶頸的關(guān)鍵，因此，對于橋梁用高性能混凝土及其筋材的運用研究也將成為重點。

為了在過去一年混凝土橋及其高性能材料方向研究新進(jìn)展的基礎(chǔ)上繼續(xù)深入研究，有必要對該方向的部分重點研究進(jìn)行分析、總結(jié)和展望，以期為廣大研究者在新的一年開展工作提供些許參考和思路，并期待與廣大同行共同促進(jìn)混凝土橋及其高性能材料方向的進(jìn)一步發(fā)展。

1 混凝土橋相關(guān)研究

從時間尺度上看，混凝土橋梁的研究重點集中在橋梁建設(shè)期，在建設(shè)峰值點之后將進(jìn)入運營與養(yǎng)護(hù)階段。高宗余等[1]在“中國海洋橋梁工程技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)及對策研究”一文中指出：中國橋梁結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步發(fā)展應(yīng)高度重視其與環(huán)境作用的組合、結(jié)構(gòu)耐久性、抗疲勞和全壽命設(shè)計理論等方面，以此解決現(xiàn)有結(jié)構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。混凝土橋運營性能，特別是服役期復(fù)雜運營環(huán)境下的使用性能（主要是耐久性）、全壽命周期及其理念下混凝土橋的壽命預(yù)測理論、服役期抵抗極端災(zāi)害（地震、洪水和臺風(fēng)等）的能力等應(yīng)受到重點關(guān)注。

1.1 混凝土橋耐久性研究

近年來，隨著路網(wǎng)交通荷載的增加，橋梁在材料耐久性、結(jié)構(gòu)可靠性、整橋使用壽命等方面都存在不同衰變。據(jù)調(diào)查，中國高速公路橋梁一般在運營5年左右即會不同程度出現(xiàn)鋼筋混凝土病害[2]，因此，混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性降低已成為一個亟待解決的問題。耐久性的提升往往從設(shè)計（尤其是細(xì)部設(shè)計）、抗環(huán)境影響、計算理論及材料層面（抗裂、增韌、抗?jié)B等微觀機(jī)理）等角度展開。

在橋梁耐久性設(shè)計方面：有學(xué)者提出應(yīng)從暴露環(huán)境、耐久性齡期及耐久性性能測試方法等方面開展研究[3]，并應(yīng)基于使用壽命估算工具建立可被廣泛接受的耐久性設(shè)計理論[4]，并基于此對現(xiàn)有規(guī)范進(jìn)行修正。為此，Li等[5]依托港珠澳大橋，采用基于模型的方法和多層次原理對其不同耐久性風(fēng)險進(jìn)行研究。連新奇[6]開展了面向結(jié)構(gòu)部位（含灌注樁、墩身等強腐蝕部位）的鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究，提出了特殊工況下混凝土耐久性評價指標(biāo)體系及高溫高濕、強腐蝕海洋環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)的防腐蝕強化措施。闕磊等[7]從橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計年限、構(gòu)造物設(shè)計要求、材料要求和其他保護(hù)性的耐久性設(shè)計措施等角度對跨海大橋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計展開分析，并指出氯離子滲透是影響混凝土耐久性的關(guān)鍵因素，應(yīng)嚴(yán)格控制。

耐久性理論研究方面，鄔曉光等[8]針對目前混凝土梁式橋耐久性預(yù)測方法考慮因素單一的問題，整合了氯離子含量、混凝土碳化、保護(hù)層厚度、裂縫、鋼筋銹蝕和混凝土強度等指標(biāo)，并引入耐久性指標(biāo)時變預(yù)測模型，基于可拓理論實現(xiàn)對混凝土梁式橋耐久性的預(yù)測。黃騰騰等[9]提出了在役混凝土梁橋耐久性的三方面評估指標(biāo)體系和“橋梁整體組成部分構(gòu)件”的三層次評估體系;研究了基于模糊理論的既有梁橋耐久性綜合評價方法等。黃海新等[10]基于貝葉斯動態(tài)更新技術(shù)，以混凝土碳化深度為隨機(jī)變量，利用體現(xiàn)結(jié)構(gòu)個性特征的實橋檢測信息對傳統(tǒng)靜態(tài)碳化模型進(jìn)行修正，并利用碳化試驗?zāi)M實橋檢測數(shù)據(jù)，對鋼筋混凝土拱橋進(jìn)行體系動態(tài)耐久性評估。

在海洋環(huán)境下混凝土橋梁結(jié)構(gòu)耐久性研究方面，Yi等[11]綜述了海水中氯離子、鎂離子等引起的混凝土相變引發(fā)的問題，如：鎂離子可以取代鎂黃鐵礦中的鈣，降低孔隙溶液堿度，最終破壞C—S—H凝膠的穩(wěn)定性。這些表面相變使得潮汐區(qū)混凝土發(fā)生剝落和分層。隨后，基于現(xiàn)有的劣化機(jī)理，通過提高水泥水化物的化學(xué)穩(wěn)定性、快速自愈和智能堿度控制，設(shè)計一種更耐用的混凝土保護(hù)層體系的構(gòu)想（圖1）。Umar等[12]探討了沿海地區(qū)改性水泥基復(fù)合材料的抗菌性能及防腐性能，筑造了4種改性水泥復(fù)合立方體試塊來評估其抗菌及力學(xué)性能。研究發(fā)現(xiàn)，亞硝酸鈉復(fù)合緩蝕劑水泥基復(fù)合材料（PPC-SN）與其他改性水泥基復(fù)合材料相比，具有更好的抗菌及力學(xué)性能，為海洋環(huán)境下混凝土橋在微生物侵蝕下的研究提供了新思路。吳智深等[13]從輕質(zhì)、高強、耐久材料發(fā)展的角度出發(fā)，為海洋環(huán)境下大跨橋梁長期服役性能問題的解決提出了努力的方向。

Janotka等[14]在調(diào)查兩座百年橋梁過程中意外地發(fā)現(xiàn)：覆蓋在老橋混凝土外表面約2～3 mm厚的致密灰泥層有效地防止了橋梁碳化的發(fā)生，確保了其耐久性。主要原因為：灰泥層主要由致密的碳酸鹽微粒組成，其隨著時間的推移可形成沒有張開孔隙且很薄的保護(hù)層，從而起到防止碳化的作用。

通過上述總結(jié)可以發(fā)現(xiàn)，近幾年在混凝土橋耐久性研究方面獲得了不少有價值的成果，但也存在一些不足，主要有：1）耐久性設(shè)計方面的研究還不夠系統(tǒng)，過于片面，如目前的研究大多是基于材料的耐久性研究，基于結(jié)構(gòu)與材料耦合作用的耐久性研究較少;2）理論研究方面成果較少，且目前更多的研究是基于構(gòu)件的耐久性設(shè)計，基于“橋梁整體組成部分構(gòu)件”的耐久性設(shè)計理念的研究還有待進(jìn)一步深入;3）極端環(huán)境下耐久性研究針對面較窄，如目前主要研究都是針對腐蝕及海洋環(huán)境方面，對于高溫、高熱等其他極端環(huán)境下的研究并不多見，還有待進(jìn)一步拓展。

1.2 混凝土橋壽命預(yù)測研究進(jìn)展

為更好地滿足對既有橋梁的承載力和通行能力的新要求，很有必要對橋梁長壽命服役進(jìn)行系統(tǒng)性研究。李亞東等[15]指出，由于經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的起點不同，橋梁老齡化問題首先在發(fā)達(dá)的工業(yè)化國家受到重視，近年來歐美和日本等國家和地區(qū)開展了延長橋梁壽命、維持橋梁長期性能的研究。因此，中國作為土木工程大國，理應(yīng)跟上橋梁壽命周期研究的步伐。

在全壽命周期研究方面，Akhnoukh[16]指出，應(yīng)從高性能混凝土、預(yù)制梁構(gòu)件及快速施工方法相結(jié)合的理念出發(fā)，研究具有更長使用壽命的橋梁。另有學(xué)者分別從建立壽命預(yù)測模型及預(yù)測理念[17]和可靠性理論[18]出發(fā)，開發(fā)出了更為合理的生命周期預(yù)測及成本分析方法。陳開利[19]通過收集日本有關(guān)橋梁長壽命研究方面的技術(shù)資料，分析歸納了橋梁長壽命研究的新進(jìn)展。張勁泉等[20]對公路橋梁可靠性和耐久性的研究成果及現(xiàn)行評估規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)以及指南進(jìn)行了梳理、總結(jié)，并對其應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行闡述。王京京[21]基于生命周期評價（Life Cycle Assessment， LCA）基本理論，以粉煤灰鋼筋混凝土梁作為研究對象，對其生命周期內(nèi)的碳排放和成本進(jìn)行定量化分析，并構(gòu)建了粉煤灰混凝土結(jié)構(gòu)全生命周期綜合、可持續(xù)性評價指標(biāo)和設(shè)計方法。Navarro等[22]以預(yù)應(yīng)力橋的橋面板為研究對象，通過對其生命周期評估（圖2），分析了幾種對環(huán)境影響的預(yù)防策略。壽命周期分析結(jié)果表明：通過摻入硅灰、降低水灰比及對混凝土表面進(jìn)行憎水或密封膠處理等措施，可以有效地降低氯離子對結(jié)構(gòu)的影響（30%～40%）。

在壽命預(yù)測研究方面，鄭鵬[23]從耐久性的評判指標(biāo)入手，運用熵權(quán)可拓理論對混凝土梁橋進(jìn)行耐久性評估，實現(xiàn)了對不同使用年限的混凝土梁橋耐久性水平的預(yù)測。李雙營等[24]基于Fick第二擴(kuò)散定律理論，得到一種可對鹽湖地區(qū)既有RC橋梁結(jié)構(gòu)使用壽命進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測的模型。在混凝土材料的壽命預(yù)測方面，王少鵬[25]通過微觀機(jī)理分析，調(diào)研和統(tǒng)計典型環(huán)境中混凝土強度時變規(guī)律及試驗與數(shù)值模擬等工作，分析了不同碳化系數(shù)下混凝土收縮裂縫寬度與碳化深度及時間的關(guān)系，為公路橋梁混凝土材料的工程使用年限預(yù)測提供了可參考的依據(jù)。

上述研究表明，現(xiàn)有關(guān)于混凝土橋壽命周期的研究主要集中在兩個方面：一是對橋梁全壽命周期相關(guān)理論的綜述、總結(jié)和分析;二是開展典型環(huán)境和病害下的壽命周期與壽命預(yù)測研究（如腐蝕環(huán)境或開裂等情況）。關(guān)于橋梁全壽命周期設(shè)計理念、使用壽命及其性能預(yù)測的研究還處于學(xué)習(xí)和成長階段，后續(xù)還應(yīng)繼續(xù)在基于壽命周期費用與結(jié)構(gòu)性能化的使用壽命設(shè)計理念上做出相應(yīng)研究，以實現(xiàn)橋梁在整個壽命周期總成本最低、風(fēng)險最小這一目標(biāo)。

1.3 極端災(zāi)害下混凝土橋的研究

極端災(zāi)害包括地震、颶風(fēng)、船撞、洪水、恐怖襲擊和由地震等引起的次生災(zāi)害（爆炸、海嘯）等，這些極端災(zāi)害均對混凝土橋造成潛在的威脅。從研究趨勢上看，目前，學(xué)者們傾向于從橋梁結(jié)構(gòu)受單個極端災(zāi)害作用情況下的研究逐漸向多災(zāi)害耦合作用的研究發(fā)展[26]。

在理論研究方面：Ramanathan等[27]通過研究抗震設(shè)計原則和細(xì)節(jié)的演變對多跨連續(xù)混凝土箱梁橋抗震性能的影響，基于洛馬普里塔地震建立了橋梁非線性分析模型，研究橋梁振動特性在抗震設(shè)計思路演變下的特點，并采用非線性時程分析法繪制了其脆弱性分析曲線。Kameshwar等[28]提出一種基于參數(shù)化的多危險度脆弱性風(fēng)險評估（PF-MHRA）方法，用于地震和颶風(fēng)耦合作用下公路橋梁的風(fēng)險評估。該方法利用有限元模型和帶有非線性logit函數(shù)的逐步logistic回歸，推導(dǎo)出橋梁脆弱性函數(shù);并基于此提出一種新的橋梁在颶風(fēng)和浪涌荷載耦合作用下的風(fēng)險評估方法，并將其應(yīng)用于南卡羅來納州的多跨混凝土簡支梁橋。Eslami等[29]為了檢查洪水前后橋梁的穩(wěn)定性，比較了確定性方法和蒙特卡羅模擬方法的失效分析結(jié)果，還通過土體抗剪強度參數(shù)（即c和φ）之間的互相關(guān)系數(shù)，研究了該系數(shù)和抗力系數(shù)對極限承載力、安全系數(shù)和破壞概率的影響。任明杰[30]開展了洪水波流耦合荷載作用下橋梁破壞機(jī)理研究，為實際工程中的防洪措施提供依據(jù)。除此之外，梅恒[31]開展了全壽命周期橋梁多災(zāi)害概率風(fēng)險研究，并結(jié)合中國幾座實際橋梁，對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行多災(zāi)害耦合危險性分析，得到不同災(zāi)害的設(shè)防水準(zhǔn)。陳?；32]依托映秀至徹底關(guān)段混凝土橋梁，采用灰色系統(tǒng)評價模型對公路沿線9座橋梁的易損性進(jìn)行評價與分析。

在試驗研究方面：Beneberu等[33]開展了外裹防火材料的CFRP加固預(yù)應(yīng)力混凝土橋的抗彎能力研究，總結(jié)出很好的橋梁抗火方法。還有學(xué)者對火災(zāi)后預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁[34]及持續(xù)高溫下UHPC梁[35]的性能進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)高溫對剛度、抗彎強度影響較大，對抗壓強度、韌性及結(jié)構(gòu)基頻影響不大。Shiravand等[36]選取150、355、550、700、1 200 kg TNT（以此為荷載變量），對其爆炸情況下箱梁的響應(yīng)進(jìn)行參數(shù)分析。發(fā)現(xiàn)由于箱梁內(nèi)空間的限制，爆炸產(chǎn)生的沖擊波被放大約2.7倍。在大多數(shù)荷載情況下，部分預(yù)應(yīng)力筋的錨固區(qū)混凝土受損，導(dǎo)致其有效后張力損失;另外，暴露在爆炸沖擊中的鋼筋束失效，因此，整個橋梁容易處于失穩(wěn)狀態(tài)。鑒于此，提出應(yīng)該開發(fā)一種能量吸收設(shè)施，輔助梁體抵抗沖擊。Pan等[37]介紹了一種新型的能量吸收裝置，它是由“U”形薄壁鋼板和玻璃鋼蜂窩填充而成。為了驗證所設(shè)計的吸能結(jié)構(gòu)的抗小車碰撞性能，對其進(jìn)行了導(dǎo)向系統(tǒng)水平?jīng)_擊試驗（圖3）。結(jié)果表明，所設(shè)計的薄壁鋼板纖維復(fù)合材料防護(hù)結(jié)構(gòu)具有良好的抗碰撞性能，可有效地用于橋墩防撞。

總結(jié)上述文獻(xiàn)可知，目前，混凝土橋在極端災(zāi)害防治領(lǐng)域的研究均基于統(tǒng)計學(xué)理論及實驗開展，其自身統(tǒng)計學(xué)方法及實驗方案是否最優(yōu)，樣本采集及試驗數(shù)據(jù)是否科學(xué)合理等還存在一定疑問。因此，建議將此部分研究與大數(shù)據(jù)理論進(jìn)行深入結(jié)合，并基于現(xiàn)有試驗繼續(xù)開發(fā)新的試驗方法;同時，還應(yīng)基于人工智能和5G技術(shù)積極開發(fā)智能化應(yīng)對設(shè)施，如：實時監(jiān)控與檢測系統(tǒng)等，為服役橋梁提供保障，也可為相關(guān)研究提供樣本數(shù)據(jù)。此外，現(xiàn)有研究中，對于多因素耦合作用下橋梁結(jié)構(gòu)響應(yīng)的研究較淺，還應(yīng)繼續(xù)深入探索。

2 高性能混凝土材料

高性能混凝土具有獨特的高工作性能，勢必成為未來混凝土橋技術(shù)短板上的支撐。因此，很有必要探討和研究目前數(shù)量繁多、功能性強的高性能混凝土如何用于混凝土橋領(lǐng)域。

高性能混凝土在橋梁工程中的運用方面，邵旭東[38]開展了基于UHPC材料的高性能裝配式橋梁結(jié)構(gòu)研發(fā)，針對現(xiàn)有裝配式橋梁結(jié)構(gòu)中共性的技術(shù)難題，研發(fā)了具有高施工性能、高使用性能和高耐久性能的高性能裝配式橋梁結(jié)構(gòu)體系。蔣蕾[39]對高性能混凝土的特點進(jìn)行分析，探討其在橋梁工程建設(shè)中的應(yīng)用。He等[40]研究了UHPC短柱在地震條件下的性能。結(jié)果表明，高強度提高了UHPC柱的延性和能量吸收能力。此外，超高韌性混凝土（STC）等材料也已有部分工程應(yīng)用。例如，邵旭東等[41]提出的鋼STC輕型組合橋面結(jié)構(gòu)方案可以延緩正交異性鋼橋面板疲勞開裂問題。Zhan等[42]認(rèn)為將STC層的厚度從45 mm增加到60 mm可以減小鋼甲板中易疲勞部件的疲勞應(yīng)力幅。

結(jié)合以往研究及上述研究不難發(fā)現(xiàn)，高性能混凝土在橋梁工程中的運用主要以UHPC為主，其他大部分材料仍停留在實驗室階段及局部小體量運用方面。因此，將高性能混凝土應(yīng)用于橋梁工程的探索與研究依然需繼續(xù)努力。

2.1 綠色高性能混凝土

一般認(rèn)為，綠色混凝土可以節(jié)約資源、降低碳排放量或者實現(xiàn)資源的可持續(xù)發(fā)展。近幾年，綠色混凝土的研究取得了一定的進(jìn)展[43]。其中，研究再生混凝土和地聚物混凝土是當(dāng)下混凝土與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的一種趨勢。

朱雪鋒等[44]比較了不同養(yǎng)護(hù)方法對再生混凝土力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，CO2養(yǎng)護(hù)下的再生混凝土比標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)下28 d的強度明顯提高。于巾茹等[45]研究了再生混凝土的抗SO2-4鹽侵蝕性能。結(jié)果表明，礦渣摻和料比粉煤灰摻和料更有利于再生混凝土的抗SO2-4鹽性能。提高水灰比或增大孔隙率均會導(dǎo)致混凝土的耐腐蝕性降低。

趙人達(dá)[46]研究了橋梁結(jié)構(gòu)中地聚物混凝土性能劣化機(jī)理和時變變形規(guī)律，通過凍融試驗找到了提升抗凍能力的方法，為地聚物混凝土用于高寒地區(qū)橋梁建設(shè)打下了基礎(chǔ)。除此之外，趙人達(dá)等[47]研究了早齡期低鈣粉煤灰基地聚物混凝土拉伸徐變特性，為受拉狀態(tài)地聚物混凝土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系、開裂預(yù)測及其今后用于橋梁上部結(jié)構(gòu)提供重要的參數(shù)依據(jù)。徐騰飛等[48]

開發(fā)了直接拉伸徐變試驗裝置，研究普通混凝土、加入摻和料混凝土[49]以及地聚物混凝土[50]的早齡期約束收縮與拉伸徐變特性，探索約束收縮作用下混凝土的開裂風(fēng)險，以及改善約束收縮的相關(guān)措施[51]。

綜上，綠色混凝土的研究已經(jīng)從最初的降低水泥用量來緩解環(huán)境污染，逐漸發(fā)展到再生骨料的利用以及環(huán)境友好的新型綠色無機(jī)膠凝材料（如地聚物）的開發(fā)等，以期從根本上解決對環(huán)境的破壞和二次污染。但是，再生骨料混凝土的力學(xué)性能不穩(wěn)定，地聚物的研究尚不成熟，大范圍的使用面臨著諸多挑戰(zhàn)。這也是綠色高性能混凝土研究的熱點問題。

2.2 纖維增強混凝土

混凝土是當(dāng)今用量最大的建筑材料，但其存在突出的缺陷，在混凝土中加入纖維以改善其脆性大、抗拉強度低等缺點是提高混凝土性能的常用途徑。纖維的種類豐富、力學(xué)性能差異較大，按彈性模量可分為高彈性模量纖維（如鋼纖維、玻璃纖維、碳纖維、玄武巖纖維）和低彈性模量纖維（如有機(jī)纖維）。高彈性模量纖維的剛度大于混凝土，基體產(chǎn)生微裂縫后，纖維開始受力，分擔(dān)混凝土所受應(yīng)力，提高材料強度。纖維剛度越大，強度提高越明顯。低彈性模量纖維的剛度小于混凝土，受力一般在混凝土開裂之后，主要用于提高材料延性。鋼纖維混凝土的破壞以纖維拔出為主，它能顯著改善混凝土的韌性和抗彎強度。但鋼纖維在混凝土中難以分布均勻，在實際運用中效果欠佳。相較于普通鋼筋混凝土構(gòu)件，鋼纖維混凝土構(gòu)件的裂縫寬度可降低50%以上[52]。楊娟等[53]從廢棄輪胎中分離出鋼纖維，并將這種再生鋼纖維摻和在混凝土中，結(jié)果表明，再生鋼纖維對混凝土的彈性模量及劈裂抗拉強度的增強效果均勝于普通鋼纖維。同時，附著橡膠顆粒的再生鋼纖維可將混凝土的斷裂能提高4倍左右。有研究指出，混雜纖維可以充分發(fā)揮各纖維的優(yōu)點，從而制備性能更加全面的纖維混凝土，蔣威等[54]對其進(jìn)行了系統(tǒng)的梳理。聚丙烯纖維是一種人工合成纖維，密度較小，具有一定的強度。聚丙烯纖維混凝土主要以纖維拉斷而發(fā)生破壞。羅洪林等[55]比較了聚丙烯纖維的長徑比對混凝土力學(xué)性能的影響，結(jié)果表明，混凝土的基本力學(xué)性能隨纖維長徑比的增大而先增大后減小，但最優(yōu)長徑比并不相同。王磊等[56]運用聚丙烯纖維改善快干混凝土的抗?jié)B性，并取得良好的效果，相較于對照組，0.2%的纖維摻量使混凝土的抗?jié)B系數(shù)降低了62.4%。此外，崔光耀等[57]在隧道襯砌混凝土的抗錯斷性能研究中發(fā)現(xiàn)，鋼聚丙烯混雜纖維混凝土的抗錯斷性能要優(yōu)于單一的鋼纖維混凝土，這對高烈度活動斷裂區(qū)隧道建設(shè)具有重要意義。玄武巖纖維在中國分布較廣，價格便宜，開發(fā)潛力巨大，是近幾年研究的熱點之一。焦華等[58]分析了玄武巖纖維對噴射混凝土力學(xué)性能的影響，結(jié)果表明：適量的玄武巖纖維可以顯著提高噴射混凝土的抗壓強度和抗彎強度，這可能是由于玄武巖纖維細(xì)化了混凝土中的孔隙。李趁趁等[59]研究了玄武巖纖維的體積分?jǐn)?shù)和長度對高強混凝土抗凍性能的影響，結(jié)果表明，混凝土的抗凍性隨玄武巖纖維（18 mm）體積分?jǐn)?shù)的增大而提高，加入玄武巖纖維可減小混凝土的表面剝落程度。然而，6、30 mm的玄武巖纖維對混凝土抗凍性能的影響并不明顯。張振雷[60]分析了玄武巖纖維素混雜纖維混凝土的力學(xué)性能，結(jié)果表明，混雜纖維的摻入使得混凝土的基本力學(xué)性能均有所提升。如圖4所示，當(dāng)玄武巖纖維和纖維素纖維的摻量分別為4.0、1.6 kg/m3時，混凝土的抗壓、抗彎及劈裂抗拉強度分別較普通混凝土提高了13.94%、35.46%、18.75%。

ECC（工程用水泥基復(fù)合材料）全稱Engineered Cementitious Composites，是一種基于微觀結(jié)構(gòu)和斷裂力學(xué)原理而研制出的具備超高韌性和多裂縫開展機(jī)制的新型建筑材料。賈毅等[61]將PP-ECC用于橋墩的墩底塑性鉸區(qū)域，使橋墩在地震作用下的抗裂性能得到顯著提升。Hosseini等[62]進(jìn)一步將ECC與超彈性合金結(jié)合使用，控制了橋墩在地震作用下的殘余變形，并使其自復(fù)位能力得到提升。Kabir等[63]用PVA-ECC加固鋼梁的受壓翼緣，研究證實了ECC層在受壓翼緣屈服后被壓碎，從而防止了側(cè)向扭轉(zhuǎn)屈曲的發(fā)生，并使組合梁的抗彎性能得到改善。王彥平等[64]研究了PVA-ECC修補砂漿沖蝕磨損性能，確定了一種施工性良好，強度和沖蝕抗力均較高的修補砂漿配方。崔濤等[65]和任亮等[66]研究了ECC與既有混凝土結(jié)合面的黏結(jié)性能，發(fā)現(xiàn)ECC與既有混凝土結(jié)合面的抗剪性能強于普通混凝土，在ECC用于橋梁的修復(fù)與加固方面做了初步探索。

由于纖維在提升混凝土性能方面成效顯著，纖維混凝土歷來是學(xué)者們研究的熱點問題之一。從目前的研究來看，高彈模纖維（如鋼纖維）在提高混凝土強度方面有巨大優(yōu)勢，但鋼纖維在混凝土中難以分布均勻，進(jìn)而影響使用效果。低彈模纖維（如聚丙烯纖維）可以很好地抑制混凝土微裂縫的發(fā)展，大大增加混凝土的延性，并在ECC中獲得了良好的應(yīng)用。鑒于目前市面上的纖維種類、性能和價格的巨大差異，采用多種纖維混合使用的方式，以優(yōu)化混凝土的各項性能，這將是未來纖維混凝土的發(fā)展趨勢。此外，中國玄武巖儲量巨大，發(fā)展高性能的玄武巖纖維混凝土對控制工程經(jīng)濟(jì)成本和發(fā)展纖維混凝土橋梁結(jié)構(gòu)具有重大現(xiàn)實意義。

2.3 自密實混凝土

自密實混凝土（SCC）是一種在重力作用下自行密實的高流動性混凝土，它為施工操作帶來了極大的方便，被稱為“最近幾十年中混凝土技術(shù)最具革命性的發(fā)展”。然而，由于原材料的質(zhì)量控制、早期收縮開裂及經(jīng)濟(jì)性問題，導(dǎo)致自密實混凝土沒有得到廣泛運用。近些年，對自密實混凝土開展了大量的研究工作。Agwa等[67]將稻草灰（RSA）和棉稈灰（CSA）摻入SCC中，隨著RSA和CSA比率的增加，SCC的流動性降低。相比之下，SCC的力學(xué)性能隨著RSA和CSA百分比的增加而增加。張永軍等[68]研究了污水處理廠污泥對SCC強度和耐久性的影響，結(jié)果表明：在0.25%～1.0%摻量范圍內(nèi)，污水處理廠污泥導(dǎo)致早期強度顯著降低，但對后期的影響較小。并且隨污泥摻量增加，SCC的抗氯離子滲透性逐漸增強。El Mir 等[69]評估了珍珠巖廢料（WP）對SCC耐久性的影響，結(jié)果表明，這種粉末的火山灰反應(yīng)和多孔性質(zhì)與凍脹侵蝕引起的破壞性膨脹應(yīng)力相適應(yīng)，因此，其抗凍融性顯著提高。Sasanipour等[70]通過增加再生細(xì)骨料的替代率大大降低了SCC對氯離子滲透的抵抗力。張立群等[71]研究了凍融和碳化共同作用下硅灰自密實混凝土的耐久性。試驗結(jié)果表明：硅灰自密實混凝土的抗凍性能高于相同強度等級的普通混凝土，雖然前者的抗碳化性能略低于后者，但經(jīng)過凍融作用后，前者表現(xiàn)出更好的抗碳化性能。Hossain等[72]通過加速腐蝕測試研究了聚乙烯醇（PVA）、橡膠屑（CR）和高密度聚乙烯（HDPE）纖維增強的SCC梁的耐久性。結(jié)果表明，與SCC-PVA和SCC-CR梁相比，SCC-HDPE梁表現(xiàn)出優(yōu)異的耐腐蝕性。SCC-HDPE梁的鋼筋質(zhì)量損失較少，裂縫和剝落較少。Hossain等[73]采用兩種不同的ECC與SCC深度比制成了復(fù)合梁，同時，還制作了單層SCC或ECC組成的全深度梁，以比較它們與混合復(fù)合梁的性能。與全深度SCC梁和全深度ECC梁相比，混合復(fù)合材料梁具有更高的延展性和能量吸收能力，這表明該混合復(fù)合材料適用于抗震元件。此外，混合復(fù)合梁還顯示出更多的裂紋數(shù)量和更小的裂紋寬度。

隨著自動化施工技術(shù)的推廣和特殊環(huán)境下混凝土工程的建設(shè)，自密實混凝土的運用越來越多。在自密實混凝土中摻入固廢材料可以改善其力學(xué)性能、降低經(jīng)濟(jì)成本。但自密實混凝土仍面臨著收縮開裂等問題，這嚴(yán)重影響了其耐久性。此外，自密實混凝土的原材料控制技術(shù)和密實性能評價體系的欠缺也妨礙了自密實混凝土技術(shù)的發(fā)展。

2.4 自修復(fù)混凝土

自修復(fù)混凝土模仿生命系統(tǒng)受傷后再生自修復(fù)機(jī)理，使混凝土材料對損傷破壞具有自感知、自記憶、自診斷、自適應(yīng)、自調(diào)節(jié)、自恢復(fù)和自修復(fù)等特性的智能材料?；炷磷孕迯?fù)技術(shù)能使混凝土表面裂縫有效愈合，改善內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高服役期間的力學(xué)性能和耐久性，在土木工程領(lǐng)域中發(fā)揮著重要作用。

現(xiàn)有的自修復(fù)混凝土有很多種，包括自然自修復(fù)混凝土、電解自修復(fù)混凝土、微生物自修復(fù)混凝土、仿生自修復(fù)混凝土和智能自修復(fù)混凝土等[74-77]。近年來，對自修復(fù)混凝土研究主要集中于自然自修復(fù)混凝土和仿生自修復(fù)混凝土兩個方面。

關(guān)于自然自修復(fù)混凝土，Hong等[78]研究了高爐礦渣基水泥砂漿的自修復(fù)性能，發(fā)現(xiàn)自修復(fù)可使砂漿早期產(chǎn)生的裂縫愈合，從而抑制海洋環(huán)境中有害離子的侵入，提高結(jié)構(gòu)的使用壽命。Qiu等[79]研究了自修復(fù)對ECC彎曲疲勞性能的影響，結(jié)果表明，自修復(fù)大大延長了ECC的疲勞壽命。

仿生自修復(fù)的過程為：微膠囊或微纖維破裂，修復(fù)劑流出并滲入基體裂紋中，修復(fù)劑固化并修復(fù)裂紋。其中，微膠囊外殼與基體界面粘結(jié)的問題值得關(guān)注，Lívia等[80]通過改善微膠囊外殼的親水性能防止微膠囊與基體在外力作用下脫離，優(yōu)化水泥基復(fù)合材料的自修復(fù)作用。Abir等[81]利用微膠囊基自修復(fù)混凝土進(jìn)行了大尺寸戶外試驗。結(jié)果表明，戶外試驗也表現(xiàn)出與實驗室類似的自修復(fù)過程，具體為裂紋寬度和深度降低，滲透率降低，以及強度恢復(fù)。

2.5 3D打印混凝土

3D打印混凝土技術(shù)是將3D打印技術(shù)與混凝土制備技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的新型應(yīng)用技術(shù)。該技術(shù)運用計算機(jī)全自動控制建造過程，在數(shù)字模型的基礎(chǔ)上，逐層打印構(gòu)造三維實體，具有建筑效率高、人工成本低和建筑廢料少的優(yōu)點[82]。第一套3D打印多層公寓由荷蘭埃因霍溫理工大學(xué)建造，Salet等[83]使用埃因霍溫理工大學(xué)的3D打印設(shè)備制作了一座跨度為6.5 m，寬度為3.5 m的簡支梁橋（圖5），滿足實用要求。

3D打印混凝土技術(shù)中，打印材料的研發(fā)是重中之重。3D打印建筑材料應(yīng)滿足強度、流動性、凝結(jié)性和經(jīng)濟(jì)性要求。不僅要有較高的早期強度，較快的凝結(jié)時間，同時應(yīng)具備適當(dāng)?shù)牧鲃有约拜^高的可塑性。研究者們研究了3D打印混凝土的工作性[84-87]和力學(xué)性能[88-89]，并探討了它們之間的關(guān)系[90]。Wolfs[91]等建立數(shù)值模型，具體分析了新拌打印混凝土90 min內(nèi)的強度發(fā)展，并研究了各工藝參數(shù)對3D打印混凝土的粘結(jié)強度的影響。值得注意的是，地聚物除了綠色節(jié)能，還具有早強快硬的特點，Xia等[92]和Panda等[93]在地聚物應(yīng)用于3D打印研究方面做了開創(chuàng)性工作。

3 高性能筋材

纖維增強復(fù)合材料（Fiber Reinforced Polymer/Plastic，簡稱FRP）筋是以連續(xù)纖維為增強體、聚合物樹脂為基體，經(jīng)過浸潤、固化等工序制備而成的新型復(fù)合材料。近年來，F(xiàn)RP以其高強、輕質(zhì)、耐腐蝕等特性在工程中得到應(yīng)用。FRP筋中纖維體積含量可達(dá)到60%，重量約為普通鋼筋的1/5，強度為普通鋼筋的6倍。相比于普通鋼筋，F(xiàn)RP筋輕質(zhì)高強，但其應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系為線彈性，沒有屈服平臺，極限延伸率較低。此外，多數(shù)FRP 筋的彈性模量也要低于普通鋼筋。在橋梁工程中，F(xiàn)RP索還可用作懸索橋的吊索及斜拉橋的斜拉索，以及預(yù)應(yīng)力混凝土橋中的預(yù)應(yīng)力筋[94]。

3.1 FRP筋耐久性研究

堿環(huán)境研究方面：張秀麗等[95]對4種直徑的GFRP筋在40、80℃的堿溶液中進(jìn)行加速老化試驗，研究直徑對試件表面形貌、破壞形態(tài)和抗壓強度的影響。提出了堿環(huán)境中考慮尺寸效應(yīng)的GFRP筋抗壓強度退化模型。齊俊偉[96]開展了GFRP筋在鹽堿腐蝕環(huán)境下的試驗研究，推導(dǎo)出GFRP筋抗拉強度的退化模型和GFRP混凝土構(gòu)件粘結(jié)力退化模型。

海洋環(huán)境研究方面：陳爽[97]對玻璃纖維增強復(fù)合材料筋（GFRP筋）、碳纖維增強復(fù)合材料筋（CFRP筋）與珊瑚混凝土間粘結(jié)性能進(jìn)行試驗研究，建立了一種適用于FRP筋珊瑚混凝土粘結(jié)滑移的本構(gòu)關(guān)系模型。同時，對濕熱海洋環(huán)境下FRP筋珊瑚混凝土粘結(jié)性能劣化進(jìn)行研究。提出了FRP筋珊瑚混凝土在濕熱海洋環(huán)境下的粘結(jié)強度折減系數(shù)計算公式。史健喆[98]通過試驗分析研究了玄武巖纖維增強復(fù)合材料筋（BFRP筋）在海洋環(huán)境下的蠕變、松弛、疲勞性能，得出BFRP筋的力學(xué)性能退化機(jī)理和規(guī)律，同時，結(jié)合體外預(yù)應(yīng)力BFRP筋的關(guān)鍵區(qū)域力學(xué)性能研究和長期性能研究，提出了BFRP筋體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵參數(shù)及長期性能設(shè)計的方法。薛偉辰[99]等開展了堿環(huán)境及海水環(huán)境下GFRP筋抗拉性能的加速老化試驗，通過試驗對比分析了兩種環(huán)境下GFRP筋的劣化機(jī)理和劣化程度。

高低溫環(huán)境研究方面：李光輝[100]研究了不同高溫條件作用后FRP筋的拉伸疲勞性能以及高溫暴露后靜載和疲勞荷載作用下FRP筋混凝土梁的抗彎性能，以及高溫對不同F(xiàn)RP筋混凝土梁的最大裂縫寬度、剛度和剩余承載力的影響規(guī)律。提出了高溫后FRP筋混凝土梁的最大裂縫寬度、剛度及剩余抗彎承載力的計算方法及FRP筋混凝土梁疲勞壽命的預(yù)測模型。李揚等[101]研究了低溫下FRP筋與混凝土的粘結(jié)性能，設(shè)計研發(fā)了可實現(xiàn)低溫下力學(xué)加載和應(yīng)變測試的試驗裝置，對FRP筋混凝土試件進(jìn)行梁式拉拔試驗。徐惟雄[102]通過梁式拉拔試驗對低溫環(huán)境下GFRP筋與混凝土之間的粘結(jié)性能進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，隨著溫度的降低，在相同荷載作用下，GFRP筋與混凝土的粘結(jié)性能將隨溫度的下降而提高。

循環(huán)荷載環(huán)境研究方面：高建雄[103]研究建立了FRP在多種循環(huán)載荷作用情況下的剩余強度模型以及FRP在疲勞載荷和自然老化雙因素環(huán)境下的剩余強度模型，提出了隨機(jī)循環(huán)載荷作用下 FRP 的疲勞壽命預(yù)測方法。趙杏[104]通過BFRP復(fù)合材料拉拉疲勞試驗，研究了BFRP復(fù)合材料在107次以上循環(huán)荷載作用下的疲勞特性、損傷模式和疲勞損傷線性累積規(guī)律，同時，推導(dǎo)出基于中長壽命（106次循環(huán)）、長壽命（107次循環(huán)）和概率分布的疲勞強度折減系數(shù)，探究了FRP拉索結(jié)構(gòu)疲勞壽命可控設(shè)計方法。

耐久性理論研究方面：Liu等[105]研究了FRP復(fù)合材料在長期環(huán)境影響下的機(jī)械性能，包括水/濕氣、堿性溶液、酸性溶液、低溫/高溫、紫外線輻射、凍融循環(huán)、濕潤干燥循環(huán)和現(xiàn)場環(huán)境。收集了1 900多個實驗確定的FRP材料的機(jī)械性能，包括拉伸、壓縮、彎曲和剪切的強度與模量。討論了每種環(huán)境影響的退化機(jī)理，并提出了相應(yīng)的設(shè)計方法。

綜上所述，目前FRP筋耐久性研究主要針對堿環(huán)境、海洋環(huán)境、循環(huán)荷載環(huán)境等方面，對于酸性環(huán)境、凍融循環(huán)高溫、濕潤干燥循環(huán)和現(xiàn)場環(huán)境的研究較缺乏，并且缺乏一套有效的FRP材料耐久性標(biāo)準(zhǔn)測試程序，對FRP材料耐久性進(jìn)行評估還有待進(jìn)一步研究。

3.2 FRP筋粘結(jié)性能研究

曾憲桃等[106]為建立相對準(zhǔn)確的FRP-混凝土界面粘結(jié)滑移模型，提出內(nèi)嵌CFRP筋加固混凝土梁界面特性研究新的試驗方法，并開展了相應(yīng)的試驗（見圖6）。司豆豆等[107]通過開展FRP筋與不同強度、韌性的ECC材料的拉拔試驗，測試了FRP筋拔出承載力和端部黏結(jié)滑移，分析了FRP與 ECC材料之間的黏結(jié)滑移曲線特征以及ECC材料的強度和韌性變化對FRP-ECC黏結(jié)性能的影響。高丹盈等[108]通過對GFRP筋、GFRP鋼絞線復(fù)合筋與混凝土的拉拔試驗，對比分析了在不同直徑、鋼絞線體積率、保護(hù)層厚度和混凝土強度下GFRP筋、GFRP鋼絞線復(fù)合筋與混凝土的黏結(jié)強度及破壞形態(tài)，建立了帶肋FRP筋與混凝土最大黏結(jié)應(yīng)力的理論模型。根據(jù)該理論模型和試驗結(jié)果，提出了適用于帶肋FRP筋與混凝土黏結(jié)強度的計算模型。宋金華等[109]開展了針對30種不同肋參數(shù)的GFRP帶肋筋粘結(jié)性能的拉拔試驗，通過試驗數(shù)據(jù)分析出GFRP帶肋筋與混凝土之間的粘結(jié)強度主要影響因素為FRP帶肋筋表面凸肋與混凝土之間的膠著力。

從上述研究可見，對于FRP筋粘結(jié)性能仍有待進(jìn)一步展開研究，對不同類型FRP筋和不同表面形式的FRP筋（光滑、凸肋、噴砂、壓痕、纏繞等表面形式）與混凝土粘結(jié)機(jī)理需要進(jìn)一步細(xì)化研究。

3.3 FRP筋混凝土梁性能研究

FRP筋混凝土梁抗剪性能理論研究方面：陳升平等[110]以鋼纖維體積率（0%、0.5%、1.0%、0%/1.0%）為試驗變量，進(jìn)行了4根FRP筋鋼纖維混凝土梁試件的抗剪性能試驗，主要研究了梁的破壞過程、破壞形態(tài)、裂縫的發(fā)展規(guī)律以及跨中的撓度特征。李根喜等[111]進(jìn)行了以玄武巖纖維體積摻量及GFRP縱筋配筋率為變量的GFRP縱筋玄武巖纖維混凝土梁受剪試驗，并基于試驗獲得了試驗梁的典型破壞特征、截面應(yīng)變、跨中撓度、縱筋及箍筋應(yīng)變的變化規(guī)律。韓定杰等[112]采用正交試驗法分析了梁的剪跨比、縱向配筋率、截面有效高度、混凝土抗壓強度對無腹筋FRP筋混凝土梁抗剪承載力的影響。

FRP筋混凝土梁抗彎性能理論研究方面：孫藝嘉等[113]基于328組FRP筋混凝土梁抗彎試驗數(shù)據(jù)，系統(tǒng)地對比分析了規(guī)范中FRP筋梁正截面受彎承載力計算模型的準(zhǔn)確性和離散程度，通過擬合分析，建立了FRP筋混凝土梁正截面受壓區(qū)等效矩形高度x的經(jīng)驗公式，改進(jìn)了FRP筋混凝土梁正截面受彎承載力計算公式。陳升平等[114]以鋼纖維體積率與玻璃纖維增強復(fù)合材料筋（GFRP筋）和碳纖維增強復(fù)合材料筋（CFRP筋）兩種筋材為試驗變量，進(jìn)行了6根纖維增強復(fù)合材料筋（FRP筋）混凝土構(gòu)件的抗彎性能試驗，用以評價鋼纖維體積率對FRP筋混凝土構(gòu)件的延性提升效果。彭飛等[115]開展了GFRP筋混凝土梁抗彎承載力極限狀態(tài)的可靠度分析，并基于可靠度分析數(shù)據(jù)，改進(jìn)了GFRP筋混凝土梁抗彎承載力的計算公式。

FRP筋混凝土梁工程實踐方面：王菊蕊等[116]通過在混凝土梁中加入不同含量的FRP筋，研究FRP筋對混凝土梁抗彎性能的影響，分析了FRP筋高強混凝土梁的抗彎性能及其在T型橋梁施工中的應(yīng)用。周玲珠等[117]采用壓電陶瓷傳感器對FRP/Steel增強混凝土梁進(jìn)行損傷監(jiān)測（圖7）。利用時間反演法的自適應(yīng)聚焦性質(zhì)和良好的抗噪性質(zhì)，分析四點彎曲加載下梁的損傷程度與歸一化聚焦信號幅值的關(guān)系。Yuan等[118]通過鋼筋混凝土抗彎理論分析，得出了FRP筋混凝土構(gòu)件的應(yīng)力塊參數(shù)，有助于工程師使用常規(guī)的應(yīng)力塊方法對FRP增強混凝土構(gòu)件的抗彎強度進(jìn)行更準(zhǔn)確、更方便的設(shè)計。Siwowski[119]對基于FRP復(fù)合材料的新型輕便式車行橋梁混凝土結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行測試評估，并對混合FRP混凝土橋梁設(shè)計提出相應(yīng)建議。

從上述研究可見，目前，主要對FRP筋混凝土構(gòu)件的受力性能及承載力的計算方法進(jìn)行研究，缺乏對FRP筋混凝土結(jié)構(gòu)體系整體的受力分析研究，同時，現(xiàn)行規(guī)范中FRP筋構(gòu)件承載力計算方法相對保守，需進(jìn)一步完善。

3.4 FRP筋混凝土板/柱性能研究

FRP筋混凝土板方面：陳佳醒等[120]研究了碳纖維增強復(fù)合材（CFRP） 不同配筋率以及受壓區(qū)配置BFRP柵格約束下活性粉末混凝土（RPC）單向板的抗彎性能。張黎飛等[121]對GFRP筋、BFRP筋水泥基復(fù)合筋材橋面連接板和鋼筋增強橋面連接板的工作性能、裂縫發(fā)展、應(yīng)變及變形能力進(jìn)行對比研究，針對GFRP筋連接板設(shè)置低配筋率對照組，研究其對整體性能的影響（圖8）。王國強等[122]對GFRP筋混凝土板在適筋及適量超筋兩種配筋設(shè)計情形下的正截面抗彎承載力計算公式進(jìn)行了推導(dǎo)和驗證。

FRP筋混凝土柱方面：鄧宗才等[123]研究了配筋率、偏心距和混雜配筋面積比對混凝土柱的破壞形式、側(cè)向位移和正截面承載力的影響，建立了混雜配筋柱正截面承載力計算公式。彭飛等[124]研究推導(dǎo)出FRP筋混凝土偏壓柱的彎矩放大系數(shù)修正計算公式和FRP筋混凝土柱正截面承載力計算公式，建立了FRP筋混凝土偏壓柱承載力計算公式。

從上述研究可見，目前，不同類型FRP筋的混凝土板/柱力學(xué)性能及計算方法研究相對較少，工程應(yīng)用實踐不足，有待進(jìn)一步研究。

3.5 其他FRP筋構(gòu)件性能研究

預(yù)應(yīng)力構(gòu)件方面：史健喆等[125]針對體外預(yù)應(yīng)力BFRP筋，提出一種可減小BFRP筋錨固端應(yīng)力集中的組裝式同源材料夾片錨具，同時，優(yōu)化了體外預(yù)應(yīng)力BFRP筋在轉(zhuǎn)向區(qū)域的轉(zhuǎn)向角度與轉(zhuǎn)向半徑。程君[126]通過試驗研究提出了體外預(yù)應(yīng)力CFRP筋混凝土連續(xù)梁疲勞壽命分析的“兩階段”疲勞壽命理論預(yù)測法。

加固混凝土構(gòu)件方面：Carter[127]使用三維有限元分析了3個已經(jīng)試驗過的BFRP筋加固混凝土梁，提出了一種BFRP混凝土梁非線性有限元分析的校準(zhǔn)模型，以考慮其準(zhǔn)確性和計算效率來預(yù)測其響應(yīng)。Zhou等[128]提出了一種改進(jìn)的有限差分法來預(yù)測爆炸工況下FRP筋混凝土構(gòu)件的動力響應(yīng)。

從上述研究可見，目前研究者對FRP筋的多方面應(yīng)用進(jìn)行了不斷的探索和創(chuàng)新，但FRP筋混凝土結(jié)構(gòu)的力學(xué)理論還不完善，對FRP筋的多方面應(yīng)用尚顯存在制約。

3.6 FRP筋混凝土構(gòu)件抗震性能研究

江世永等[129]研究了CFRP筋高韌性纖維混凝土柱的可修性能，并對加固修復(fù)后的CFRP筋高韌性纖維混凝土柱的抗震性能進(jìn)行了研究。鄧宗才等[130]通過試驗研究了體積配箍率、軸壓比、剪跨比和縱筋種類等因素對GFRP筋混凝土柱抗震性能的影響，并將規(guī)范抗剪承載力計算方法得出的理論值與試驗值進(jìn)行對比。Jia等[131]進(jìn)行了FRP /鋼雙筋橋墩抗彎承載力設(shè)計方法的研究，同時，對FRP /鋼雙筋橋墩抗震性能進(jìn)行了評估。Cai等[132]對BFRP筋增強預(yù)制分段橋墩（FSR-PSBC）的抗震性能進(jìn)行了研究，并且分析了在循環(huán)荷載環(huán)境下FRP筋與鋼筋的配置比例變化對FSR-PSBC構(gòu)件力學(xué)性能的影響。

從上述研究可見，目前FRP筋混凝土構(gòu)件抗震性能的研究主要集中在混凝土柱方面，對梁、板等構(gòu)件的抗震性能研究不多，同時，也缺乏對FRP筋結(jié)構(gòu)體系整體抗震性能的研究，需要通過更加深入的研究來形成一套完整的抗震設(shè)計體系。

4 熱點與展望

專門針對純混凝土橋的研究正在逐年減少，大多橋梁工程方向的文獻(xiàn)都趨于交叉學(xué)科研究。關(guān)于混凝土橋方向的未來發(fā)展，可從以下幾個方面開展工作：

1）混凝土橋領(lǐng)域相關(guān)基礎(chǔ)理論和方法的繼續(xù)完善與拓展研究，如：抗剪及抗裂理論研究、適用于OPC和HPC的基于性能的試驗方法研究、長期侵蝕環(huán)境下混凝土性能劣化非加速試驗方法設(shè)計研究（目前很多加速試驗存在結(jié)論不準(zhǔn)確的問題）、混凝土橋梁可靠性評估及壽命預(yù)測研究、極端環(huán)境下混凝土橋的運營性能及性能劣化研究等。

2）高性能混凝土橋梁研究，如：全UHPC橋梁（例：美國的愛荷華州的馬斯希爾橋，英文：Mars Hill Bridge）、含高韌性構(gòu)件的橋梁、以纖維復(fù)合混凝土為基材的橋梁、完全無鋼筋的復(fù)合材料增強混凝土橋梁等。

3）新型混凝土材料及其橋梁研究，如：太空混凝土及其橋梁研究（為月球、火星空間站建設(shè)提前做準(zhǔn)備）、智能混凝土及其橋梁研究（裂縫自修復(fù)混凝土橋等）、水下混凝土及其橋梁研究（海洋內(nèi)部漂浮景觀橋梁等）。

4）混凝土橋發(fā)展新理念研究，如：混凝土橋+智能設(shè)備研究（混凝土橋+智能張拉設(shè)備、混凝土橋+智能檢測設(shè)備等）、混凝土橋+5G理念研究（混凝土橋+大數(shù)據(jù)、混凝土橋+云平臺等）、生態(tài)混凝土橋理念研究（混凝土橋梁+環(huán)境學(xué)+生態(tài)學(xué)交叉學(xué)科研究）等。

5）混凝土橋的仿真分析研究，如：基于整體及局部的精細(xì)化分析模型研究、混凝土橋分析軟件集成開發(fā)研究、BIM在混凝土橋梁中的應(yīng)用研究等。

6）廢舊混凝土橋預(yù)后研究，如：廢舊混凝土橋的爆破及非爆破拆除方法研究（環(huán)境污染、噪聲阻斷及周邊振動抑制等）、廢舊混凝土橋的材料和構(gòu)件回收及其再利用研究（筋材回收、降級使用及制作景觀飾品）。

7）新型混凝土材料對多種極端環(huán)境耦合作用下的適應(yīng)性研究及材料與結(jié)構(gòu)協(xié)同全壽命期設(shè)計理論和方法研究。

8）新材料與結(jié)構(gòu)結(jié)合方面的研究，如超高彈性和韌性的混凝土新型材料在無縫混凝土橋方面的應(yīng)用，解決伸縮縫破壞及行車過程中的跳車問題。

9）綠色混凝土將圍繞節(jié)約資源、降低排放和智能化等方面開展研究。如，激發(fā)具有潛在活性的無機(jī)固廢物的活性，開發(fā)堿激發(fā)混凝土;研究再生骨料混凝土力學(xué)性能的改善和提高循環(huán)利用率;開發(fā)性能自感知、自調(diào)節(jié)及自修復(fù)等智能性混凝土。

10）鑒于纖維的性能和價格差異較大，目前多傾向于多種纖維混合使用的方式，以綜合優(yōu)化混凝土的多方面性能。自密實混凝土在鋼筋密集、振搗困難以及不需要振搗的工程結(jié)構(gòu)中都可取得較好的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效果。今后如何量化和保證自密實混凝土的性能將仍然是自密實混凝土研究的重點。參考文獻(xiàn)：

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（編輯 王秀玲）