曹君輝，樊偉，李立峰，邵旭東?，張陽(yáng)，趙華

［1.湖南大學(xué)土木工程學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙 410082；2.風(fēng)工程與橋梁工程湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（湖南大學(xué)），湖南長(zhǎng)沙 410082］

超高性能混凝土（Ultra-high Performance Con?crete，UHPC）是一種新型水泥基復(fù)合材料，最早由法國(guó)學(xué)者于1993 年研發(fā)成功.UHPC 基于最大堆積密度原理配制，主要由硅灰、水泥、細(xì)骨料及鋼纖維、水等材料組成，依照最大密實(shí)度原理構(gòu)建，從而使材料內(nèi)部缺陷（孔隙和微裂縫）減至最少，并獲得優(yōu)異的力學(xué)性能和耐久性.總體而言，UHPC 的抗壓強(qiáng)度可達(dá)普通混凝土的3 倍，抗折強(qiáng)度可達(dá)普通混凝土的10倍，徐變系數(shù)僅約為普通混凝土的15%，耐久性指標(biāo)相比普通混凝土優(yōu)1～2 個(gè)數(shù)量級(jí).由此可以看出，UHPC 的各項(xiàng)力學(xué)和耐久性指標(biāo)均遠(yuǎn)優(yōu)于普通混凝土.因此，基于UHPC 有望研發(fā)出更經(jīng)濟(jì)、更環(huán)保、更堅(jiān)固、更耐久的高性能結(jié)構(gòu).

目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者在UHPC 材料及相關(guān)構(gòu)件或結(jié)構(gòu)性能等方面開展了廣泛而深入的研究［1-6］.在材料方面，研究了UHPC 在典型荷載或作用下的基本性能［7-11］，同時(shí)在組分優(yōu)化和性能分級(jí)等方面進(jìn)行了積極探索［12-16］；在構(gòu)件或結(jié)構(gòu)層面，研究了UHPC 梁或板［17-24］、柱［25-29］、鋼-UHPC 組合結(jié)構(gòu)［30-38］、節(jié)點(diǎn)［39-41］或接縫［42-45］等方面的性能，以及在極地等嚴(yán)酷海洋環(huán)境中UHPC結(jié)構(gòu)的性能［46］.

在UHPC 及鋼-UHPC 組合橋梁結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開展了大量研究.樊健生等［47］研究了鋼-UHPC組合箱梁模型在彈性狀態(tài)下的彎曲受力行為，建立了考慮剪力滯后、滑移效應(yīng)以及鋼腹板剪切變形的組合箱梁分析模型，并推導(dǎo)得出解析解.王景全等［48］提出了有無(wú)配筋的UHPC 大鍵齒干接縫形式，并通過(guò)直剪性能試驗(yàn)分析了大鍵齒UHPC 干接縫的受剪性能.通過(guò)細(xì)觀力學(xué)分析，研究了纖維對(duì)UHPC殘余抗拉強(qiáng)度貢獻(xiàn)機(jī)理，提出了考慮纖維埋深、分布和取向的UHPC 細(xì)觀本構(gòu)模型［49］.劉加平等［50］分析了粗骨料UHPC 的性能優(yōu)勢(shì)和發(fā)展動(dòng)向.聶潔等［51］開展了最佳纖維混摻比例的研究，研究了鋼纖維體積摻量、長(zhǎng)徑比、形狀、同形及異形纖維混摻對(duì)UHPC施工及力學(xué)性能的影響.方明山等［17］在跨海橋梁工程的應(yīng)用中提出采用UHPC 代替C60 微膨脹混凝土進(jìn)行濕接縫施工.何志剛等［52］、徐晨等［53］、Ma 等［54］、朱勁松等［55-56］開展了UHPC橋面板的研究，分別對(duì)鐵路鋼橋采用UHPC 加固鋼橋面時(shí)UHPC 薄層的受力性能、UHPC 組合橋面板濕接縫的收縮性能、鋼-UHPC 華夫板組合梁負(fù)彎矩區(qū)抗彎性能開展了計(jì)算與試驗(yàn)研究.王洋等［57］、Wei等［58］開展了鋼-UHPC 組合橋面結(jié)構(gòu)疲勞性能研究，并提出適用于該類構(gòu)件的S-N曲線.Sun等［59］開展了UHPC 應(yīng)用于含有不同形式縱肋的鋼橋面時(shí)，組合橋面的基本性能研究.Deng 等［60］開展了鋼-UHPC 組合橋面的動(dòng)力性能研究.Qin 等［61］開展了在役鋼橋面應(yīng)用UHPC 加固時(shí)的實(shí)橋監(jiān)測(cè)并進(jìn)行了剩余壽命評(píng)估.賀耀北等［62］研究了鋼-UHPC 組合梁自錨式懸索橋的受力性能及經(jīng)濟(jì)性.Xiao 等［63-64］提出了利用PBL 作為連接件的UHPC 應(yīng)用于鋼橋面的預(yù)制標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段.Shao 等［65］、Deng 等［66］針對(duì)中、短跨徑橋梁的特點(diǎn)，先后提出熱軋型鋼-UHPC 組合梁與全預(yù)制鋼-UHPC 組合梁.在UHPC組合橋梁的抗剪連接件的研究中，栓釘一直是常用的剪力鍵，其性能一直是研究的重點(diǎn).黃海新等［67］研究了鋼-UHPC 組合梁高強(qiáng)螺栓剪力鍵在豎向剪切荷載作用下的抗剪性能.武芳文等［68］研究了栓釘在UHPC 和普通混凝土中的力學(xué)特性及破壞形態(tài).石廣玉等［69］采用Schwartz-Neuman 交替法建立鋼-UHPC 組合結(jié)構(gòu)中栓釘焊縫表面裂紋的三維斷裂力學(xué)模型，進(jìn)行裂紋擴(kuò)展模擬和栓釘?shù)钠趬勖A(yù)測(cè).此外，多位學(xué)者先后針對(duì)不同構(gòu)造形式的剪力連接件開展了研究.楊俊等［70］通過(guò)30個(gè)UHPC-石材組合試件推出試驗(yàn)，研究不同界面植筋率、植筋深度和植筋間距對(duì)UHPC-石材界面抗剪性能的影響.武芳文等［71］、He 等［72］、Guo 等［73］探究了鋼-UHPC 組合結(jié)構(gòu)與普通鋼-混組合結(jié)構(gòu)中PBL 剪力鍵力學(xué)性能的差異性.程震宇等［74-75］探究了MCL（改進(jìn)螺旋線形組合銷）連接件在超高性能混凝土組合梁中的抗剪性能.

對(duì)于在役橋梁加固領(lǐng)域，同樣有大量研究得到開展，以論證采用UHPC 補(bǔ)強(qiáng)或修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)的可行性、高效性和耐久性.Brühwiler 等［76］、Habel等［77］、Prem 等［78］、Safdar 等［79］、Paschalis 等［80］、Zhang等［81］、Hor等［82］對(duì)UHPC 加固混凝土梁、板的抗彎性能和時(shí)變行為進(jìn)行了試驗(yàn)和數(shù)值分析研究，探討了UHPC 加固形式（單面、雙面以及三面圍套加固）、混凝土構(gòu)件損傷程度、UHPC強(qiáng)度、配筋率、厚度和收縮等參數(shù)對(duì)加固梁抗彎性能的影響，發(fā)現(xiàn)UHPC 加固層對(duì)混凝土構(gòu)件的抗裂性能、剛度和極限承載能力均有明顯提升作用，顯著延緩了混凝土裂縫開展，UHPC-NC 結(jié)合面黏接牢靠，加固后構(gòu)件整體受力性能良好.Murthy等［83］研究了配筋UHPC補(bǔ)強(qiáng)混凝土梁的彎曲疲勞性能和疲勞破壞模式，發(fā)現(xiàn)疲勞荷載下加固層并未剝離.Alaee 等［84］、Noshiravani 等［85］、Ji等［86］、Martin-Sanz 等［87］、Yin 等［88］開展了受拉側(cè)UHPC 加固混凝土梁、板靜力性能試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)加固后梁、板發(fā)生彎剪或剪切破壞，提出了針對(duì)UHPC-RC梁剪切破壞的理論模型并預(yù)測(cè)加固梁的抗剪承載力.Bahraq 等［89］、Chen 等［90］、張陽(yáng)等［91］開展了現(xiàn)澆UHPC 側(cè)面或U 形加固RC 梁抗剪性能試驗(yàn)，Sakr等［92］、Tanarslan 等［93］、Said 等［94］開展了預(yù)制UHPC板抗剪加固RC 梁試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)側(cè)面或U 形UHPC 抗剪加固效果顯著，單側(cè)加固效果相對(duì)較差，預(yù)制UHPC板加固易發(fā)生界面脫膠剝離.UHPC-NC 界面黏結(jié)性能試驗(yàn)結(jié)果表明，合理處理后的界面黏結(jié)強(qiáng)度高，相容性好，可確保UHPC 加固可行且穩(wěn)定有效.Car?bonell Mu?oz 等［95］、Feng 等［96］、Hussein 等［97］、Zhang等［98］采用斜剪、劈拉和直拉等標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法研究了UHPC-NC 界面的黏接強(qiáng)度和破壞模式.Jang 等［99］、Zhang 等［100-101］、楊俊等［102］、季文玉等［103］通過(guò)推出試驗(yàn)研究了UHPC-NC 界面的抗剪性能.吳香國(guó)等［104］、李文韜等［105］通過(guò)直剪、斜剪、軸拉試驗(yàn)對(duì)界面黏結(jié)強(qiáng)度以及黏結(jié)滑移性能進(jìn)行研究，研究結(jié)果表明UHPC 與NC 界面黏結(jié)性能優(yōu)異，通常表現(xiàn)為界面附近NC 破壞，90 ℃蒸汽養(yǎng)護(hù)會(huì)引起較大的收縮應(yīng)力，導(dǎo)致UHPC-NC 界面黏結(jié)強(qiáng)度的降低.謝劍等［106］、Carbonell Mu?oz等［95］、Tayeh等［107］開展了氯離子、水、氣體滲透試驗(yàn)和凍融循環(huán)試驗(yàn)，評(píng)估了UHPC-NC 界面的抗?jié)B透性能，證實(shí)了UHPC-NC 界面抗?jié)B透和抗凍融性能良好.

同時(shí)，UHPC 在橋梁結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的應(yīng)用不斷拓展.據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前UHPC 已應(yīng)用于主梁、拱圈、橋面板、橋梁接縫、舊橋加固等方面，世界各國(guó)應(yīng)用UHPC 材料的橋梁已超過(guò)1 000 座［108］.與此同時(shí)，通過(guò)大量科學(xué)研究和工程應(yīng)用，成果和經(jīng)驗(yàn)的積累已逐步上升為技術(shù)標(biāo)準(zhǔn).2016 年，法國(guó)頒布了正式的UHPC 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范《National addition to Euro?code 2—design of concrete structures：specific rules for ultra-high performance fibre-reinforced concrete （UHPFRC）》（NF P 18-710）［109］，作為歐洲混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的補(bǔ)充規(guī)范.該規(guī)范的框架結(jié)構(gòu)與現(xiàn)行的歐洲規(guī)范完全一致，包括總則、設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、材料、耐久性和鋼筋保護(hù)層、結(jié)構(gòu)分析、承載能力極限狀態(tài)、正常使用極限狀態(tài)、鋼筋和預(yù)應(yīng)力筋構(gòu)造要求、構(gòu)件構(gòu)造要求及特殊規(guī)定等內(nèi)容，給出了詳細(xì)而完備的UHPC結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法.2015年，我國(guó)頒布了《活性粉末混凝土》（GB/T 31387—2015）［110］，規(guī)定了活性粉末混凝土（一種UHPC）的材料性能、原材料、配合比設(shè)計(jì)原則、生產(chǎn)、性能與評(píng)定等要求.此外，美國(guó)、瑞士、日本也已頒布了UHPC 材料或結(jié)構(gòu)的相關(guān)技術(shù)規(guī)范或指南.

本文聚焦橋梁結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展，介紹了作者研究團(tuán)隊(duì)在UHPC 高性能橋梁結(jié)構(gòu)方面所開展的研究工作，包括：針對(duì)重度疲勞開裂鋼橋面危險(xiǎn)性大且難以修復(fù)等難題，研發(fā)了鋼橋面疲勞裂縫免修復(fù)的UHPC 加固新結(jié)構(gòu)，有效遏制了疲勞裂縫的擴(kuò)展風(fēng)險(xiǎn)，大大提升了在役鋼橋的抗疲勞安全性；針對(duì)危舊混凝土（NC）梁橋面臨的開裂、滲漏等復(fù)雜病害問(wèn)題，研發(fā)了UHPC 加固N(yùn)C 橋梁新結(jié)構(gòu)，減少了NC 梁橋的病害風(fēng)險(xiǎn)；針對(duì)常規(guī)鋼-混凝土組合梁橋中混凝土橋面板輕型化的發(fā)展需求，提出了UHPC矮肋橋面板結(jié)構(gòu)，大幅減輕了橋面板自重并顯著提升其耐久性；針對(duì)大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土（PC）梁橋普遍面臨的腹板開裂、梁體下?lián)系入y題，研發(fā)了UHPC大跨徑箱梁結(jié)構(gòu)，變常規(guī)三向預(yù)應(yīng)力PC 梁為密集橫隔板單向預(yù)應(yīng)力UHPC 梁橋，降低梁體自重，改善結(jié)構(gòu)受力，減小病害風(fēng)險(xiǎn)；契合裝配式橋梁自重輕、施工便利等優(yōu)勢(shì)，研發(fā)了多種裝配式UHPC 橋梁結(jié)構(gòu)，包括中小跨徑UHPC 裝配式橋梁結(jié)構(gòu)、NC-UHPC 組合裝配式橋梁結(jié)構(gòu)、UHPC 裝配式蓋梁結(jié)構(gòu)，既減輕了結(jié)構(gòu)自重、方便預(yù)制和吊裝施工，又簡(jiǎn)化了接縫節(jié)點(diǎn)的施工工藝，豐富了裝配式橋梁的結(jié)構(gòu)形式；針對(duì)日益突出的橋梁防撞風(fēng)險(xiǎn)，研發(fā)了UHPC 防撞新結(jié)構(gòu)，提升了橋梁防撞結(jié)構(gòu)的綜合性能.本文圍繞上述各類型結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)、理論和試驗(yàn)研究進(jìn)展、實(shí)際工程應(yīng)用等內(nèi)容進(jìn)行介紹，以期為UHPC 橋梁結(jié)構(gòu)的研發(fā)和應(yīng)用提供新思路.

1 開裂在役鋼橋面UHPC加固新結(jié)構(gòu)

1.1 需求與對(duì)策

鋼橋面的局部剛度較低，在重載車作用下易出現(xiàn)疲勞開裂病害［111-114］.我國(guó)大跨徑鋼橋建設(shè)始于20世紀(jì)90 年代，按國(guó)際上鋼橋案例經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)營(yíng)約20 年的鋼橋面將出現(xiàn)疲勞開裂高發(fā)期，如廣東虎門大橋、武漢軍山長(zhǎng)江大橋等均出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的鋼橋面疲勞開裂現(xiàn)象，因此，我國(guó)早期修建的各種鋼橋橋面將陸續(xù)面臨疲勞開裂病害問(wèn)題.

鋼橋面疲勞開裂主要集中在板件焊接及過(guò)焊孔處，其中鋼面板-U 肋連接處疲勞開裂最為普遍，裂紋穿透鋼面板及U 肋，導(dǎo)致橋面局部剛度和承載力持續(xù)下降，雨水沿裂紋滲入橋面內(nèi)部，加速鋼梁銹蝕，嚴(yán)重威脅橋梁的安全耐久運(yùn)營(yíng).廈門海滄大橋和武漢軍山長(zhǎng)江大橋中此類裂紋分別占鋼橋面全部裂紋的58%［115］和78%［116］，而江陰長(zhǎng)江大橋則幾乎全部為此類裂紋［117］.同時(shí)，根據(jù)相關(guān)橋梁的實(shí)橋檢測(cè)報(bào)告［116］，鋼面板中還暗含大量隱形疲勞裂紋，導(dǎo)致鋼橋面疲勞病害問(wèn)題雪上加霜.

針對(duì)上述難題，作者研究團(tuán)隊(duì)提出了用于開裂在役鋼橋面的UHPC 加固新結(jié)構(gòu)［圖1（b）］［57］.用焊有短栓釘?shù)匿摪鍡l強(qiáng)化UHPC 底面，以防止因舊鋼橋面開裂而導(dǎo)致UHPC底面開裂失效.上述UHPC加固新結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn)：1）橋面局部剛度大幅度提高；2）加固后有效抑制鋼橋面原有裂紋的擴(kuò)展趨勢(shì)；3）UHPC 層與主結(jié)構(gòu)同壽命；4）自重基本持平，能適應(yīng)在役大跨徑柔性鋼橋.

圖1 適用于兩種不同應(yīng)用場(chǎng)景的鋼-UHPC輕型組合橋面結(jié)構(gòu)構(gòu)造示意Fig.1 Schematic drawings of steel-UHPC lightweight composite deck adaptable to two different conditions

1.2 理論和試驗(yàn)研究

依托宜昌長(zhǎng)江公路大橋，開展了相關(guān)理論和試驗(yàn)研究.經(jīng)過(guò)詳細(xì)比選，兼顧自重安全及加固效果，最終采用55 mm UHPC+10 mm TPO（Thin Polymer Overlay，薄層聚合物罩面）方案，如圖2所示.

圖2 基于UHPC的加固方案及整體有限元計(jì)算分析Fig.2 UHPC-based strengthening schemes and global finite-element analysis

按照我國(guó)《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D64—2015）［118］規(guī)定的疲勞荷載，進(jìn)行了局部有限元計(jì)算分析，以對(duì)比純鋼梁和UHPC 加固方案兩種狀態(tài)下鋼橋面8 個(gè)疲勞細(xì)節(jié)（圖3）的應(yīng)力降幅，計(jì)算中考慮了鋼面板-縱肋連接處縱向疲勞裂紋長(zhǎng)度分別為0 mm 和4 000 mm 兩種情形.計(jì)算結(jié)果表明，大橋鋼橋面疲勞應(yīng)力由加固前的55.28～286.81 MPa，降至加固后的12.01～50.34 MPa，降幅達(dá)30.63%～95.25%.

圖3 疲勞細(xì)節(jié)位置Fig.3 Fatigue-prone details

計(jì)算中還關(guān)注了UHPC 底面橫橋向拉應(yīng)力隨鋼面板中縱向疲勞裂紋長(zhǎng)度的變化規(guī)律.結(jié)果表明（表1），一旦鋼面板出現(xiàn)長(zhǎng)縱向裂縫，UHPC 底面的橫向拉應(yīng)力將陡然增加.因此，如果不設(shè)鋼板條，UHPC底面的橫向抗拉強(qiáng)度將難以滿足實(shí)橋受力要求.

表1 鋼面板裂縫對(duì)UHPC底面拉應(yīng)力的影響Tab.1 Influence of crack length on tensile stress at the bottom of the UHPC layer

為了驗(yàn)證UHPC 加固方案應(yīng)用于實(shí)橋的安全性，分別開展了鋼-UHPC 輕型組合橋面加固結(jié)構(gòu)橫橋向、縱橋向及大型足尺模型試驗(yàn)，以充分論證結(jié)構(gòu)的靜力和疲勞性能，共完成了32 個(gè)構(gòu)件試驗(yàn)和1 個(gè)大型足尺模型試驗(yàn)，如圖4所示.

圖4 作者研究團(tuán)隊(duì)所開展的模型試驗(yàn)Fig.4 Photographs of experimental tests accomplished

橫橋向抗彎試驗(yàn)結(jié)果表明（圖5），在UHPC 底面增設(shè)橫向鋼板條能夠有效限制裂縫的萌生和發(fā)展，顯著提高了UHPC 的橫橋向抗裂性能.同時(shí)，縱向構(gòu)件抗彎試驗(yàn)表明，鋼-UHPC 組合梁的破壞模式為U肋底部屈曲，而此時(shí)UHPC 層的最大裂縫寬度僅為0.04 mm，對(duì)應(yīng)的名義開裂應(yīng)力達(dá)到30.1 MPa，具有良好的抗裂性能.

圖5 鋼-UHPC組合橋面正彎矩抗裂性能試驗(yàn)Fig.5 Experimental tests of steel-UHPC lightweight composite deck under positive moments

為了控制加固方案的自重，宜昌長(zhǎng)江公路大橋首次在鋼橋面UHPC 層上使用TPO 超薄磨耗層.TPO是一種以改性環(huán)氧樹脂為膠結(jié)劑，以堅(jiān)硬耐磨玄武巖為集料的高性能超薄鋪面結(jié)構(gòu)，其總厚僅10 mm，有效減輕了鋪裝自重.研究中開展了UHPC-TPO 復(fù)合構(gòu)件的界面黏結(jié)性能試驗(yàn)（圖6），結(jié)果表明，兩者間具有較高的抗剪強(qiáng)度和抗拉拔強(qiáng)度（表2），能夠滿足長(zhǎng)期服役下的界面受力要求.

表2 界面性能試驗(yàn)結(jié)果及對(duì)比Tab.2 Interfacial test results and comparison

圖6 TPO界面性能試驗(yàn)Fig.6 Specimens of interfacial tests for TPO

1.3 工程應(yīng)用

繼軍山長(zhǎng)江大橋2018年成功應(yīng)用之后［119］，本加固結(jié)構(gòu)于2021 年第二次應(yīng)用于跨長(zhǎng)江大橋——宜昌長(zhǎng)江公路大橋.該橋是滬渝高速公路（G50）在湖北省宜昌市境內(nèi)跨越長(zhǎng)江的一座特大型橋梁，為雙塔單跨懸索橋（圖7），跨徑960 m，于2001 年9 月建成通車，至今已運(yùn)營(yíng)20 年.加勁梁采用扁平流線形鋼箱梁，橋面全寬30.0 m，中心梁高3 m.橋面為正交異性鋼橋面板，頂板厚12 mm；行車道區(qū)橋面板采用U形加勁肋，U 肋厚6 mm、中心間距590 mm；鋼箱梁橫隔板間距4.02 m，無(wú)吊索橫隔板厚10 mm，有吊索橫隔板厚12 mm，每?jī)傻罊M隔板梁之間設(shè)有一道高450 mm、板厚16 mm 的橫向加勁肋.鋼橋面原瀝青鋪裝為7 cm厚雙層SMA.

圖7 宜昌長(zhǎng)江公路大橋Fig.7 Photograph of the Yichang Yangtze River Highway Bridge

宜昌長(zhǎng)江公路大橋的鋼橋面于2014 年發(fā)現(xiàn)疲勞開裂現(xiàn)象，根據(jù)第三方2016 年檢測(cè)結(jié)果，大橋整體狀況較好，但鋼橋面疲勞裂紋發(fā)展迅速，導(dǎo)致鋼箱梁評(píng)分最低，亟須進(jìn)行裂縫病害處置.鋼橋面疲勞裂紋主要集中在以下位置：橫隔板（橫肋）頂部過(guò)焊孔周邊開裂、U 肋與鋼面板縱向焊縫開裂、橫隔板弧形開口處開裂、橫隔板與鋼面板橫向焊縫開裂.

鑒于鋼橋面大量裂紋難以完全修復(fù)，且修復(fù)后短期內(nèi)復(fù)裂的風(fēng)險(xiǎn)大，經(jīng)相關(guān)部門評(píng)審、批準(zhǔn)，宜昌大橋采用該技術(shù)對(duì)鋼橋面進(jìn)行全面升級(jí)改造，以期根本性改變已開裂鋼橋面板的受力狀態(tài)，并同步延長(zhǎng)橋面磨耗層的壽命.

實(shí)橋維修加固工程于2021 年8 月5 日開始，12月4 日結(jié)束并開放交通.分兩次分別澆筑上、下游幅橋面，在開始澆筑UHPC 至蒸養(yǎng)結(jié)束的時(shí)段內(nèi)封閉全橋交通（約7 d），其他工序時(shí)保持半幅橋面交通的正常通行.橋面施工的工藝如圖8 所示.UHPC 從跨中往兩端對(duì)稱澆筑，實(shí)現(xiàn)了約20 h 單次澆筑10 250 m2的高效施工新紀(jì)錄.TPO 施工前，先對(duì)UHPC 表面拋丸糙化處理，隨后分兩次攤鋪膠結(jié)劑和集料，即首先在UHPC 層上刷涂第一層樹脂，撒布第一層集料，然后重復(fù)進(jìn)行第二層樹脂和集料的鋪筑.TPO 施工工藝控制嚴(yán)格，平整度良好，保證了TPO 首次用作UHPC上罩面層的成功.

圖8 宜昌長(zhǎng)江公路大橋加固工程施工工序Fig.8 Constructional procedures for bridge deck retrofit of the Yichang Yangtze River Highway Bridge

2 危舊混凝土橋梁UHPC加固

2.1 需求與對(duì)策

目前我國(guó)橋梁總數(shù)已超過(guò)100 萬(wàn)座，其中大部分為混凝土橋梁.設(shè)計(jì)等級(jí)偏低、交通量激增、重/超載、環(huán)境侵蝕等導(dǎo)致混凝土橋梁出現(xiàn)了嚴(yán)重開裂、鋼筋銹蝕、性能劣化等突出病害.據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)約40%的橋梁服役超過(guò)20 年，其中三、四類橋占比達(dá)30%，危橋超過(guò)10 萬(wàn)座.然而現(xiàn)有加固技術(shù)無(wú)法兼顧加固效率、施工便捷、經(jīng)濟(jì)性和耐久防護(hù)，膠粘鋼板/FRP加固成本高、耐久性差，膠粘易老化、加固層易剝離［120］；預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)工序復(fù)雜，存在錨固點(diǎn)應(yīng)力集中，體外索易腐蝕和振動(dòng)疲勞等突出問(wèn)題［121］；增大截面法使用的普通混凝土（Normal Concrete，NC）或聚合物砂漿強(qiáng)度有限，加固效率偏低.因此針對(duì)危舊橋梁改造的迫切需求，研發(fā)高效、耐久、防護(hù)的新型加固技術(shù)迫在眉睫.

UHPC 是一種兼具超高力學(xué)性能和超強(qiáng)耐久性的高性能水泥基材料，具有多元開裂特性和遠(yuǎn)超普通混凝土的拉伸韌性［122］，其抗?jié)B性、抗凍融、耐磨和耐化學(xué)腐蝕等耐久性指標(biāo)也遠(yuǎn)強(qiáng)于NC［123-124］.UHPC與NC相容性好，二者界面黏結(jié)穩(wěn)定可靠、強(qiáng)度高.自密實(shí)UHPC 施工性與可模性好，超細(xì)組分可修補(bǔ)RC結(jié)構(gòu)表層較寬的裂縫.因此將UHPC 應(yīng)用于加固修復(fù)可實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)增強(qiáng)和耐久防護(hù)的雙重功效［76］.作者研究團(tuán)隊(duì)提出了一系列預(yù)應(yīng)力/鋼筋-UHPC 加固RC結(jié)構(gòu)方案，系統(tǒng)研究了UHPC-NC 界面黏結(jié)性能與基于UHPC的新型加固技術(shù).

2.2 理論和試驗(yàn)研究

2.2.1 UHPC抗彎加固RC板

本研究依托國(guó)內(nèi)某座受損斜拉橋主梁鋼筋混凝土（RC）橋面板的加固工程，通過(guò)對(duì)3 塊足尺箱梁頂板局部模型進(jìn)行配筋UHPC 加固試驗(yàn)，重點(diǎn)研究了加固板在正負(fù)彎矩作用下的受彎性能［125-126］.如圖9（a）所示，頂板橫向長(zhǎng)度為3 200 mm，橫向凈跨3 000 mm，縱向長(zhǎng)度2 000 mm，厚度280 mm，其中UHPC 加固層厚度為50 mm，內(nèi)部布置縱橫雙向鋼筋網(wǎng)，并通過(guò)在頂板植入總長(zhǎng)150 mm 抗剪栓釘與損傷RC 板連接.為模擬損傷RC 板的實(shí)際開裂情況，對(duì)待加固試件進(jìn)行預(yù)壓損傷加載，使其產(chǎn)生與頂板橫向45°夾角的斜裂縫.

圖9 UHPC加固箱梁頂板受彎性能試驗(yàn)Fig.9 Experimental study on flexural behavior of top deck of box girder strengthened with UHPC

試驗(yàn)結(jié)果表明，在負(fù)彎矩作用下，UHPC 加固層有效抑制了箱梁頂板初始裂縫的進(jìn)一步發(fā)展，UHPC加固板開裂荷載及極限荷載分別提升至未加固對(duì)照板的2 倍和2.5 倍；在正彎矩作用下，與對(duì)照板相比，UHPC加固層對(duì)開裂荷載無(wú)明顯提升作用，但有效抑制了試件后期撓度及裂縫的發(fā)展，加固板極限承載能力提升了30%.此外，本研究還通過(guò)理論分析，提出了考慮UHPC應(yīng)變硬化效應(yīng)的UHPC加固RC板開裂荷載、極限承載力計(jì)算公式，并通過(guò)此試驗(yàn)以及已有研究的試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了計(jì)算模型的準(zhǔn)確性.

2.2.2 增韌UHPC抗彎加固RC梁

為提升UHPC 的受拉性能以提高其加固效率，通過(guò)鋼纖維表面粗糙化處理、UHPC 高溫蒸汽養(yǎng)護(hù)、鋼纖維定向處理及增配鋼絲網(wǎng)等手段對(duì)UHPC 進(jìn)行增韌處理并將其用于RC 梁受拉區(qū)加固［81］.通過(guò)1 根RC對(duì)照梁及12根RC加固梁抗彎試驗(yàn)重點(diǎn)研究了不同RC 梁損傷程度（損傷裂縫寬度分別為0.2 mm、0.3 mm 和0.4 mm）及不同增韌手段（UHPC 層增設(shè)鋼絲網(wǎng)、纖維定向處理和蒸汽熱養(yǎng)護(hù)）對(duì)加固梁受彎性能影響.如圖10所示，RC梁長(zhǎng)2 300 mm，寬200 mm，高300 mm，經(jīng)預(yù)壓損傷處理后采取配筋UHPC 加固，加固厚度設(shè)為50 mm，其內(nèi)部配置4 根?10 縱向受拉鋼筋.

圖10 增韌UHPC加固RC梁受彎試驗(yàn)Fig.10 Experimental study on flexural behavior of RC beam strengthened by toughness-improved UHPC layer

試驗(yàn)結(jié)果表明UHPC 加固梁均表現(xiàn)為典型的彎曲破壞，破壞前UHPC 加固層與RC 梁的整體工作性良好、未出現(xiàn)界面剝離破壞；與RC對(duì)照梁相比，經(jīng)配筋UHPC 加固后試驗(yàn)梁開裂荷載及抗彎承載能力可分別提高39.4%～233.7%和71.4%～126.3%，同時(shí)加固梁開裂及抗彎性能隨著RC 梁的損傷程度加重而減弱，而增設(shè)鋼絲網(wǎng)、纖維定向處理和熱養(yǎng)護(hù)等UHPC 增韌措施能進(jìn)一步提高加固梁抗裂和抗彎性能，其中增設(shè)鋼絲網(wǎng)對(duì)于提高加固梁的工作性能最為有效.本研究同時(shí)提出了UHPC 加固梁極限承載力理論模型，模型基于Berkeley 混凝土卸載模型及簡(jiǎn)化塑性理論，考慮了RC 梁損傷程度對(duì)加固梁極限承載力的影響，可用于準(zhǔn)確預(yù)測(cè)不同損傷程度UHPC加固梁的極限承載力.

2.2.3 預(yù)應(yīng)力UHPC抗彎加固RC梁

針對(duì)重度開裂或需提高荷載等級(jí)的危舊橋梁，提出了預(yù)應(yīng)力-UHPC加固RC梁新方法［127］.通過(guò)1根RC 對(duì)比梁（CB）及3 根RC 加固梁的四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)重點(diǎn)研究了配筋UHPC 加固（RU）以及預(yù)應(yīng)力加固（PU）對(duì)試驗(yàn)梁抗彎性能的影響.如圖11所示，RC 梁幾何尺寸為2 800 mm×400 mm×200 mm，凈跨2 600 mm，UHPC 加固層厚度均為50 mm，其中RU 層中配置3×?12 普通鋼筋，PU 層配置2×?12 普通鋼筋和單根?12.7的預(yù)應(yīng)力鋼絞線.

圖11 先張法預(yù)應(yīng)力UHPC加固RC梁受彎性能試驗(yàn)Fig.11 Experimental study of RC beam strengthened by pretensioned prestressed UHPC layer

試驗(yàn)結(jié)果表明加固梁均為彎曲適筋破壞，其UHPC-RC 界面黏結(jié)牢靠，無(wú)剝離現(xiàn)象發(fā)生；與CB 梁及RU 加固梁相比，PU 加固梁在抗裂、剛度及承載能力方面均具有顯著提高作用，其中開裂荷載平均分別提高87.8%和27.9%，抗彎承載力平均分別提高85.2%和31.7%；但PU 加固梁延性相較于CB 梁有一定程度降低.

基于試驗(yàn)現(xiàn)象及分析結(jié)果提出了考慮預(yù)應(yīng)力作用以及UHPC 約束收縮效應(yīng)的PU 加固梁UHPC 層開裂荷載、RC 損傷裂縫重新開展荷載以及極限抗彎承載能力計(jì)算公式，并通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了理論模型的準(zhǔn)確性.

2.2.4 UHPC抗剪加固RC梁

針對(duì)大跨連續(xù)梁、連續(xù)剛構(gòu)、箱梁、T梁等薄腹混凝土梁橋腹板斜向開裂問(wèn)題，提出采用高強(qiáng)鋼絲網(wǎng)-UHPC 薄層加固損傷RC 梁腹板，以提高其抗剪性能［91］.通過(guò)1 根RC 對(duì)比梁及1 根UHPC 加固梁的三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)驗(yàn)證了高強(qiáng)鋼絲網(wǎng)-UHPC 薄層抗剪加固的有效性.如圖12 所示，試驗(yàn)所設(shè)計(jì)的RC 原梁為工字形截面梁，梁長(zhǎng)3 000 mm，梁高600 mm，上、下翼緣板寬度均為400 mm，腹板寬度140 mm；梁底受拉翼緣縱向布置8 根?25 mm 的鋼筋，受拉縱筋配筋率ρ為5.0%，梁頂受壓翼緣縱向布置4 根?25 mm 的鋼筋以增強(qiáng)受壓區(qū)；箍筋采用?8 mm雙肢箍，箍筋間距200 mm，箍筋配筋率ρsv為0.359%.加固所用現(xiàn)澆UHPC的鋼纖維體積摻量為3%，澆筑在腹板兩側(cè)，澆筑厚度為20 mm，采用?3 高強(qiáng)鋼絲網(wǎng)，網(wǎng)格尺寸為100 mm×100 mm.擬加固RC 原梁先進(jìn)行三點(diǎn)彎曲靜力加載，剪跨段長(zhǎng)度為1 400 mm，梁有效高度為560 mm，剪跨比為2.5，加載至腹板斜裂縫寬度達(dá)到0.20 mm后卸載加固.

圖12 UHPC加固工字梁抗剪性能試驗(yàn)Fig.12 Experimental study on shear behavior of I-shaped RC beams strengthened by UHPC

試驗(yàn)研究結(jié)果表明：采用鋼絲網(wǎng)UHPC 薄層加固RC 梁腹板可有效提高梁的抗剪承載力、剛度和抗裂性能，其斜裂縫開裂荷載提高了100%，極限承載力提高了34%，在0.88 倍峰值荷載下，加固梁表觀最大裂縫寬度仍可控制在0.20 mm以內(nèi).UHPC層與NC界面黏結(jié)良好，未發(fā)生剝離破壞.有受壓翼緣梁的剪切破壞模式與典型矩形梁剪壓破壞模式存在差異，上翼緣寬厚的剪壓區(qū)在極限荷載下無(wú)明顯壓潰痕跡，腹板與下翼緣交界處存在水平裂縫.

2.2.5 UHPC-NC界面性能研究

UHPC加固既有混凝土結(jié)構(gòu)，其界面的黏結(jié)性能是保證加固效果的關(guān)鍵.受材料性能差異與構(gòu)件受力模式等因素影響，UHPC-NC 界面的受力狀態(tài)十分復(fù)雜，為探究不同因素對(duì)UHPC-NC 界面黏接性能的影響，采用斜剪、劈拉和直拉等標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法研究了UHPC-NC 界面的黏接強(qiáng)度和破壞模式［98］，如圖13（a）所示，其中斜剪試驗(yàn)采用100 mm×100 mm×300 mm）的棱柱體試件，界面傾斜角度為30°，劈裂試驗(yàn)采用直徑150 mm×高300 mm 的圓柱體試件，直拉試驗(yàn)的構(gòu)件尺寸與斜剪試驗(yàn)相同，界面與拉伸方向垂直；設(shè)計(jì)了一種雙面抗剪推出試驗(yàn)［100-101］，如圖13（b）所示.通過(guò)試驗(yàn)研究探討了NC強(qiáng)度、界面處理方式、濕潤(rùn)度、UHPC 養(yǎng)護(hù)條件、UHPC 齡期、界面劑、膨脹劑以及界面復(fù)合受力狀態(tài)等因素對(duì)UHPC-NC界面抗剪強(qiáng)度的影響.

圖13 UHPC-NC界面黏結(jié)性能試驗(yàn)Fig.13 Experimental study on the bond properties of UHPC-NC interface

研究結(jié)果表明，無(wú)論采用上述何種測(cè)試方法，均表現(xiàn)出優(yōu)異的界面黏結(jié)性能.UHPC-NC 界面黏接強(qiáng)度都明顯高于NC-NC 界面，試件破壞通常表現(xiàn)為界面附近NC 破壞、少有純界面破壞；UHPC-NC 界面抗剪強(qiáng)度隨著NC 表面粗糙度、NC 強(qiáng)度和濕潤(rùn)度、UHPC 養(yǎng)護(hù)齡期的增大顯著增加；UHPC-NC 界面黏結(jié)強(qiáng)度在早期發(fā)展迅速，在UHPC 養(yǎng)護(hù)齡期為28 d時(shí)幾乎達(dá)到其峰值.90 ℃蒸汽養(yǎng)護(hù)會(huì)引起較大的收縮應(yīng)力，導(dǎo)致界面收縮附加應(yīng)力增大，在一定程度上降低界面黏接強(qiáng)度；壓-剪受力顯著提升界面抗剪強(qiáng)度，拉-剪受力嚴(yán)重削弱界面抗剪強(qiáng)度；界面增設(shè)剪力鍵可以顯著提高界面抗剪強(qiáng)度.環(huán)氧基界面結(jié)合劑的使用提高了平滑界面的黏接性能，但削弱了粗糙界面的黏接強(qiáng)度.UHPC 中膨脹劑的加入導(dǎo)致UHPC-NC界面早期黏結(jié)強(qiáng)度發(fā)展緩慢.

基于試驗(yàn)結(jié)果，根據(jù)摩擦抗剪機(jī)理，在莫爾強(qiáng)度理論下提出了規(guī)范修正后的界面抗剪承載力計(jì)算公式［（式（1）］，公式考慮了UHPC 收縮、界面處理方式、植筋、界面受力狀態(tài)等因素，對(duì)界面黏接強(qiáng)度系數(shù)c值和摩擦系數(shù)μ值進(jìn)行了修正，其中fctd為混凝土抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，σn為垂直于界面的法向應(yīng)力.

2.3 工程應(yīng)用

近年來(lái)，一些混凝土橋采用了橋面鋪裝UHPC加固技術(shù).赤石大橋（圖14）、上海市新衛(wèi)高速江家浜橋、京滬高速紅花埠互通、郯城互通等橋梁的混凝土橋面板采用了5～6 cm 厚的配筋UHPC 鋪裝層進(jìn)行加固，橋面加固層養(yǎng)護(hù)完成后無(wú)裂縫出現(xiàn)，結(jié)構(gòu)剛度和整體性全面增強(qiáng)，橋面平整度、強(qiáng)度均滿足設(shè)計(jì)要求.滬嘉高速蕰藻浜大橋橋面采用5～20 cm 厚的UHPC加固層對(duì)該橋橋面板下部進(jìn)行加固，降低了橋面板橫向應(yīng)力.

圖14 赤石大橋混凝土箱梁橋面加固Fig.14 Reinforcement of top deck of box girder on the Chishi Bridege

一些蓋梁改造、撞擊或火損橋梁修復(fù)工程采用了UHPC 加固技術(shù).甘肅省某5座舊橋蓋梁采用了配筋UHPC加固.山東某高速公路的T梁被橋下貨車橫向撞損，采用了鋼模外包內(nèi)填UHPC 加固.廣州新化快速路長(zhǎng)洲大橋遭受火災(zāi)，其中一跨的3 條火損梁預(yù)應(yīng)力T梁混凝土表面剝落深度最大達(dá)到3.5 cm，鋼筋裸露，在清除損傷的混凝土后，采用UHPC 對(duì)受損部位進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)處理.武漢三環(huán)線部分橋梁受重載交通持續(xù)作用出現(xiàn)病害，采用UHPC 對(duì)病害腹板與底板進(jìn)行了維修加固，如圖15所示.

圖15 武漢市三環(huán)線橋梁維修加固Fig.15 Maintenance and reinforcement of bridge on the Wuhan Third Ring Road

3 UHPC矮肋橋面板結(jié)構(gòu)

3.1 需求與對(duì)策

傳統(tǒng)鋼-混凝土組合梁一般是由下部鋼梁和上部混凝土板共同組成的，其中，下部鋼梁受拉、上部混凝土板受壓，以充分發(fā)揮兩種材料的力學(xué)性能.由于其結(jié)構(gòu)受力合理，使得組合后的性能要優(yōu)于兩種材料性能簡(jiǎn)單的疊加，從而具有良好的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益、良好的耐久性以及施工便捷、行車舒適等優(yōu)點(diǎn)，在主跨600 m以下范圍內(nèi)具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力.應(yīng)用于更大跨徑橋梁時(shí)，相比鋼梁，組合梁自重偏大.成為制約鋼-混凝土組合梁進(jìn)一步發(fā)展的主要技術(shù)瓶頸.

為降低自重，減少運(yùn)維成本，作者團(tuán)隊(duì)依托湖南益陽(yáng)青龍洲大橋工程，提出了適用于大跨徑組合結(jié)構(gòu)橋梁的UHPC 矮肋橋面板，如圖16所示，其構(gòu)造特點(diǎn)為：在降低橋面板自重的同時(shí)，確保其有足夠的剛度，并盡可能簡(jiǎn)化構(gòu)造，方便施工，確保質(zhì)量［128-129］.

圖16 UHPC矮肋橋面板構(gòu)造圖Fig.16 Schematic drawing of the UHPC deck with shallow ribs

3.2 理論和試驗(yàn)研究

UHPC 矮肋橋面板首次應(yīng)用于湖南益陽(yáng)青龍洲大橋，該橋是一座主跨260 m 的自錨式組合梁懸索橋.對(duì)大橋進(jìn)行了整體和局部有限元分析，如圖17所示，以探明UHPC 矮肋橋面板的受力狀態(tài)，并對(duì)矮肋板及其接縫進(jìn)行了模型試驗(yàn)研究.

圖17 青龍洲大橋有限元分析Fig.17 Finite-element analysis of the Qinglongzhou Bridge

制作了兩個(gè)UHPC 矮肋板橫向足尺條帶試驗(yàn)?zāi)Ｐ停?24 cm 長(zhǎng)×68 cm 寬×22 cm 高，縱肋間距68 cm），并開展了橫向抗彎試驗(yàn)，掌握了UHPC 矮肋板的橫向開裂強(qiáng)度、抗彎承載力和破壞模式等性能.

如圖18 所示，UHPC 矮肋板的橫向抗彎破壞過(guò)程可以分為三個(gè)階段：線彈性階段、裂縫發(fā)展階段以及屈服階段.破壞模式為UHPC 頂板內(nèi)的受彎鋼筋屈服.當(dāng)UHPC 頂板底面裂縫寬度為0.05 mm 時(shí)，橫向抗彎構(gòu)件的平均開裂強(qiáng)度為12.7 MPa，是實(shí)橋UHPC 矮肋板橫向抗彎設(shè)計(jì)拉應(yīng)力值（2.55 MPa）的4.98倍.因此，UHPC 矮肋板具有良好的受力性能，能夠滿足實(shí)橋抗裂性能設(shè)計(jì)要求.

圖18 UHPC矮肋板橫向抗彎試驗(yàn)Fig.18 Experimental test for the transverse bending behavior of UHPC deck with shallow ribs

同時(shí)，制作了一個(gè)橫向濕接縫構(gòu)件，開展了三點(diǎn)抗彎試驗(yàn)，如圖19 所示.試驗(yàn)中接縫構(gòu)件的計(jì)算跨徑為290 cm，重點(diǎn)觀測(cè)的橫截面主要包含三類，如圖19（c）所示.UHPC 接縫處的破壞過(guò)程如下，首先彎拉裂縫出現(xiàn)在Ⅰ類截面處，隨后Ⅱ、Ⅲ類截面處也相繼出現(xiàn)彎拉裂縫，但整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，最大裂縫寬度始終出現(xiàn)在Ⅰ類截面處，最后在豎向荷載達(dá)到255 kN時(shí)，構(gòu)件在Ⅰ類截面處折斷破壞，破壞模式屬于延性破壞.同時(shí)，當(dāng)特征裂縫寬度達(dá)到0.05 mm時(shí)，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類截面處的開裂強(qiáng)度分別為6.02 MPa、10.18 MPa和17.67 MPa，均高于實(shí)橋橫向濕接縫抗彎設(shè)計(jì)拉應(yīng)力值（5.88 MPa）.因此，試驗(yàn)結(jié)果表明，UHPC 濕接縫同樣具有良好的抗裂性能.

圖19 鋼-UHPC組合矮肋板橫向濕接縫抗彎試驗(yàn)Fig.19 Experimental test for the bending behavior of the transverse wet joint

3.3 工程應(yīng)用

青龍洲大橋的UHPC 矮肋橋面板于2020 年施工，分為廠內(nèi)預(yù)制施工和現(xiàn)場(chǎng)接縫施工.其中，廠內(nèi)預(yù)制施工流程包括4個(gè)施工環(huán)節(jié)：1）UHPC材料生產(chǎn)；2）預(yù)制橋面板澆筑；3）高溫蒸汽養(yǎng)護(hù)；4）存放運(yùn)輸.

現(xiàn)場(chǎng)濕接縫施工如圖20 所示，主要包括以下環(huán)節(jié)：1）吊裝擺放預(yù)制橋面板；2）濕接縫處安設(shè)補(bǔ)強(qiáng)鋼筋；3）澆筑濕接縫UHPC 材料并使用振搗整平梁將橋面板表面振搗整平；4）濕接縫蒸汽養(yǎng)護(hù)；5）全橋橋面板上表面拋丸糙化，鋪設(shè)橋面鋪裝層及上部其他結(jié)構(gòu)，完成橋面板結(jié)構(gòu)全部施工.

圖20 青龍洲大橋現(xiàn)場(chǎng)橋面板濕接縫施工Fig.20 In-site construction of wet joint for the Qinglongzhou Bridge

4 UHPC大跨徑箱梁結(jié)構(gòu)

4.1 需求與對(duì)策

預(yù)應(yīng)力混凝土（Prestressed Concrete，PC）箱梁橋具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工便捷、造價(jià)較低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于60～300 m 跨徑范圍的橋梁［130］.然而，大量工程實(shí)踐表明，已建大跨PC 箱梁橋在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中普遍存在主跨過(guò)度下?lián)稀⒘后w開裂和懸臂澆筑施工周期長(zhǎng)等問(wèn)題［131-133］.1997 年建成的虎門大橋輔航道橋，2004 年其跨中下?lián)弦堰_(dá)22 cm（原設(shè)計(jì)預(yù)留值僅為10 cm），同時(shí)也存在一些橫向裂縫和斜裂縫.此外，由交通部公路科學(xué)研究院對(duì)我國(guó)公路系統(tǒng)主要PC箱梁橋（主跨大于60 m，約180 座）的一次裂縫統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明［132］：梁體開裂主要包括主梁上出現(xiàn)斜裂縫、橫向裂縫、縱向裂縫、混凝土劈裂、橫隔板裂縫以及齒板裂縫等.從總趨勢(shì)來(lái)看，PC 箱梁橋100%開裂，且開裂病害嚴(yán)重，具有普遍性［131］.

針對(duì)傳統(tǒng)PC 箱梁橋的主要病害和不足，作者團(tuán)隊(duì)基于UHPC 高強(qiáng)的力學(xué)性能、優(yōu)異的耐久性和良好的體積穩(wěn)定性，提出了新型全裝配式單向預(yù)應(yīng)力UHPC 薄壁箱梁橋方案［134］，如圖21 所示.與傳統(tǒng)PC箱梁橋結(jié)構(gòu)相比，該結(jié)構(gòu)具有以下特點(diǎn)：1）上部結(jié)構(gòu)自重降低50%左右；2）設(shè)置密集橫隔板（3～5 m 一道）對(duì)頂板、腹板和底板加勁，并方便體外預(yù)應(yīng)力束的錨固和轉(zhuǎn)向；3）簡(jiǎn)化預(yù)應(yīng)力體系，取消傳統(tǒng)PC 箱梁橋的豎向和橫向預(yù)應(yīng)力，只采用縱向預(yù)應(yīng)力；4）鑒于UHPC 箱梁結(jié)構(gòu)高溫蒸養(yǎng)后無(wú)后期收縮，UHPC 箱梁結(jié)構(gòu)宜采用預(yù)制拼裝的施工工藝，以便保證施工質(zhì)量并縮短施工周期；5）UHPC 的低徐變特性使得UHPC 箱梁的長(zhǎng)期徐變變形僅為PC 箱梁橋的15%［135］；6）UHPC 材料的高抗拉強(qiáng)度可大幅提高結(jié)構(gòu)的抗裂性能.

圖21 裝配式UHPC箱梁橋結(jié)構(gòu)示意Fig.21 Structural diagram of fabricated UHPC box girder bridge

4.2 理論和試驗(yàn)研究

作者課題組提出了400 m 級(jí)單向預(yù)應(yīng)力UHPC連續(xù)箱梁橋概念設(shè)計(jì)（其關(guān)鍵斷面如圖22 所示），并開展了一系列基礎(chǔ)研究.

圖22 關(guān)鍵截面尺寸（單位：cm）Fig.22 Key section size（unit：cm）

根據(jù)我國(guó)公路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的荷載組合，對(duì)400 m 級(jí)單向預(yù)應(yīng)力UHPC 連續(xù)箱梁橋方案進(jìn)行了有限元計(jì)算［136-137］以及全壽命成本分析［138］.結(jié)果表明：在不設(shè)置橫向和豎向預(yù)應(yīng)力時(shí)，墩頂主梁的腹板最大拉應(yīng)力為2 MPa，能夠滿足斜截面抗剪承載能力的要求；同時(shí)，基于箱梁的畸變、剪力滯效應(yīng)和橋面板的局部受力分析，確定了合理的橫隔板間距為3～5 m.另外，對(duì)4 種橋梁體系進(jìn)行對(duì)比（以100 年設(shè)計(jì)周期為基準(zhǔn)），如圖23所示，除主跨420 m 的拱橋外，其余三種結(jié)構(gòu)體系全壽命經(jīng)濟(jì)性不如裝配式UHPC箱梁橋.

圖23 全壽命成本Fig.23 Life cycle cost

為了進(jìn)一步揭示裝配式UHPC 連續(xù)箱梁橋的力學(xué)特點(diǎn)和局部構(gòu)件的受力性能，本課題組開展了裝配式UHPC 箱梁橋雙懸臂梁結(jié)構(gòu)的3∶20大型縮尺模型試驗(yàn)［139-143］［圖24（a）］，分別對(duì)UHPC 箱梁接縫、扭轉(zhuǎn)畸變、橋面板受力等方面進(jìn)行了探討；同時(shí)，還開展了雙懸臂UHPC 梁徐變?cè)囼?yàn)［圖24（b）］［139］、UHPC橋面體系1∶2 縮尺模型試驗(yàn)［圖24（c）］［144］、UHPC 肋塊式轉(zhuǎn)向塊足尺模型試驗(yàn)［圖24（d）］［145］和UHPC 箱梁腹板3∶20 縮尺模型試驗(yàn)［圖24（e）］［140］，試驗(yàn)結(jié)果表明：a）密集橫隔板能提高接縫抗剪能力，接縫角趾開裂應(yīng)變達(dá)到455 με，抗裂安全度可達(dá)1.63.此外，當(dāng)橫隔板數(shù)量從三塊增加到四塊后，箱梁扭轉(zhuǎn)畸變應(yīng)力下降了38%，豎向位移降幅為42%.相較于傳統(tǒng)橋面板的受力特點(diǎn)（單向板），UHPC箱梁橋面板為雙面板受力，輪載雙向分配趨于均勻，橋面板受力效率提高，5.5 倍設(shè)計(jì)車輪局部荷載作用下，橋面板仍處于線彈性受力階段；b）UHPC梁的徐變變形為傳統(tǒng)混凝土梁的20%；c）橫隔板上弦板橫向受力的抗裂性能和承載能力均滿足工程要求；d）UHPC肋塊式轉(zhuǎn)向塊其破壞模式主要表現(xiàn)為橫隔板壓潰，其抗裂系數(shù)可取為3.7；e）橫隔板對(duì)腹板具有較好的加勁作用，設(shè)置橫隔板可有效改善腹板的抗剪性能，箱梁腹板剪切抗裂應(yīng)力為8.3 MPa，400 m UHPC 連續(xù)梁橋的腹板抗裂安全度為1.8.

圖24 400 m級(jí)UHPC連續(xù)箱梁橋試驗(yàn)Fig.24 Test of 400 m grade UHPC continuous box girder bridge

基于上述基礎(chǔ)研究成果，作者研究團(tuán)隊(duì)首次將所提出的裝配式UHPC 薄壁箱梁結(jié)構(gòu)應(yīng)用于廣東省英德市北江四橋大站鎮(zhèn)岸跨堤引橋，其上部結(jié)構(gòu)為單跨102 m 單向預(yù)應(yīng)力UHPC 簡(jiǎn)支箱梁橋.為保證該結(jié)構(gòu)整體和局部受力的安全性以及構(gòu)造的合理性，對(duì)該橋進(jìn)行了整體和局部有限元分析（圖25），并進(jìn)一步對(duì)UHPC 箱梁橋整體抗彎（剪）性能和局部構(gòu)件（橋面板、轉(zhuǎn)向塊、接縫和齒鍵等）展開了相應(yīng)試驗(yàn)研究.

圖25 102 m UHPC箱梁橋整體與局部有限元模型Fig.25 Global and local finite element models of 102 m UHPC box girder bridge

為探究節(jié)段預(yù)制拼裝UHPC 箱梁橋的整體抗彎性能，制作了1∶4 全橋縮尺模型（9 個(gè)箱梁節(jié)段、每個(gè)長(zhǎng)1 m）進(jìn)行四點(diǎn)抗彎試驗(yàn)［146］，如圖26 所示.試驗(yàn)結(jié)果表明：?jiǎn)蜗蝾A(yù)應(yīng)力UHPC 箱梁具有較好的延性，依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果換算得到的實(shí)橋結(jié)構(gòu)抗彎承載力為依托工程設(shè)計(jì)值的1.13 倍［未加載至破壞，如圖26（c）所示］.

圖26 UHPC箱梁橋整體抗彎試驗(yàn)Fig.26 Integral bending test of UHPC box girder bridge

同時(shí)，根據(jù)實(shí)橋優(yōu)化尺寸，開展了UHPC 箱梁橋面體系的1∶2縮尺模型試驗(yàn)［147］［圖27（a）］，試驗(yàn)結(jié)果表明UHPC 箱梁橋面體系在6.3 倍設(shè)計(jì)車輛局部輪載作用下，仍處于線彈性受力范圍內(nèi)，承載能力極限狀態(tài)下，名義拉應(yīng)力試驗(yàn)值是設(shè)計(jì)值的3.09 倍.此外，根據(jù)有限元分析結(jié)果，選擇應(yīng)力最大的UHPC 轉(zhuǎn)向塊進(jìn)行1∶2縮尺模型試驗(yàn)［148］［圖27（b）］，驗(yàn)證了實(shí)橋所采用的UHPC 橫隔板式轉(zhuǎn)向塊其安全儲(chǔ)備系數(shù)為6.51.為了探明兩片箱梁間的縱向濕接縫以及預(yù)制節(jié)段間橫向干（膠）接縫的力學(xué)性能并優(yōu)化其構(gòu)造，分別開展了6塊UHPC 濕接縫板的橫橋向抗彎性能試驗(yàn)［圖27（c）］和9個(gè)UHPC鍵齒膠接縫的縱橋向抗剪性能試驗(yàn)［圖27（d）］，試驗(yàn)結(jié)果表明：采用下部加厚方式的濕接縫其承載力最好，開裂位置不在濕接縫處，可以滿足局部構(gòu)造強(qiáng)度高于母材的設(shè)計(jì)要求；相對(duì)而言，實(shí)橋采用的菱形濕接縫（未加厚處理）其力學(xué)性能最差，其極限承載力只有整體板的44.2%，但仍能滿足實(shí)橋設(shè)計(jì)要求，抗裂系數(shù)達(dá)到1.57.平膠接縫承載力比平干接縫高6.8倍；鍵齒膠接縫的抗剪承載力在構(gòu)造形式方面只與接縫面面積及鍵齒根部面積有關(guān)，建議盡量采用大鍵齒來(lái)簡(jiǎn)化施工工藝.相較于未配筋大鍵齒而言，配筋UHPC 鍵齒膠接縫其開裂荷載和承載力分別提高了11%和19.5%.

圖27 102 m UHPC簡(jiǎn)支箱梁橋試驗(yàn)Fig.27 Test of 102 m UHPC simply supported box girder bridge

4.3 工程應(yīng)用

廣東省英德市北江四橋大站鎮(zhèn)岸跨堤引橋采用裝配式單向預(yù)應(yīng)力UHPC 箱梁結(jié)構(gòu)，建成之后將成為世界上最大跨徑、國(guó)內(nèi)首座大跨公路UHPC 簡(jiǎn)支箱梁橋（單跨跨徑102 m）.該橋上部結(jié)構(gòu)橋?qū)?7 m，梁高4 m，橫向分為分離兩幅橋，每幅橋由兩個(gè)單箱組成，兩個(gè)單箱之間采用UHPC 現(xiàn)澆濕接縫形成整體，如圖28（a）所示.UHPC 箱梁具體尺寸如圖29 所示，單個(gè)箱梁頂寬8.825 m，底寬6 m，頂板外側(cè)懸臂長(zhǎng)1.5 m，內(nèi)側(cè)懸臂長(zhǎng)1.625 m.箱梁高4 m，跨中截面頂板厚20 cm，底板厚16 cm，腹板厚20 cm.每個(gè)單箱沿縱向分為25個(gè)預(yù)制節(jié)段（兩個(gè)端部節(jié)段及23個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段），端部節(jié)段長(zhǎng)5 m，其余節(jié)段長(zhǎng)4 m.節(jié)段間采用鍵齒膠接縫連接如圖28（b）所示，結(jié)構(gòu)膠應(yīng)保證在不小于0.3 MPa壓應(yīng)力條件下固化，且涂抹厚度不宜超過(guò)3 mm.該橋縱向按照全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件設(shè)計(jì)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為R120.

圖28 UHPC箱梁縱橫向接縫構(gòu)造示意圖（單位：cm）Fig.28 Longitudianl and transversal joints of the UHPC box girder（unit：cm）

圖29 UHPC箱梁標(biāo)準(zhǔn)斷面尺寸圖（半幅）（單位：cm）Fig.29 Sectional dimension drawing of UHPC box girder（unit：cm）

該橋采用長(zhǎng)線法節(jié)段預(yù)制拼裝工藝并于2020年開始施工，其主要施工流程如圖30 所示.目前該橋已經(jīng)完成上部結(jié)構(gòu)UHPC 薄壁箱梁的全部預(yù)制拼裝，以及UHPC 箱梁間縱向濕接縫的澆筑，目前正在施工橋面附屬設(shè)施，預(yù)計(jì)2022年12月通車.

圖30 102 m UHPC簡(jiǎn)支箱梁橋施工過(guò)程Fig.30 Construction process of 102 m UHPC simply supported box girder bridge

5 中小跨徑UHPC裝配式橋梁結(jié)構(gòu)

5.1 需求與對(duì)策

在我國(guó)，混凝土預(yù)制梁橋（T 形、空心板）具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、受力明確、架設(shè)方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于中小跨徑公路橋梁.然而，傳統(tǒng)混凝土預(yù)制梁橋整體性差、耐久性低、自重相對(duì)較大等問(wèn)題日益突出.此外，部分混凝土預(yù)制梁橋還存在預(yù)應(yīng)力反拱不均的問(wèn)題，施工質(zhì)量難以保證，影響橋梁正常使用.

針對(duì)上述傳統(tǒng)混凝土預(yù)制梁橋的問(wèn)題，作者研究團(tuán)隊(duì)提出一種新型裝配式UHPC“π”形梁橋［149］，如圖31所示.

圖31 裝配式UHPC“π”形梁橋Fig.31 Fabricated UHPC“π”shaped beam bridge

從輕型化、少接縫、施工快和耐久性好的工程角度出發(fā)，裝配式UHPC“π”形梁的高跨比可降低至1/20，主梁腹板厚度僅為0.1 m，整體重量為同等跨徑“T”形梁的47%；此外，“π”形梁是由兩個(gè)“T”形梁和其支撐的橋面板整體預(yù)制而成，而“π”形梁之間的縱向接縫（受力薄弱環(huán)節(jié)），可采用局部加高的“T”形接縫，達(dá)到局部構(gòu)造強(qiáng)度高于母材的設(shè)計(jì)要求，使得裝配式UHPC“π”形梁橋整體剛度大大提高；最重要的是，基于UHPC 的高韌性和高抗拉強(qiáng)度，中等跨徑的裝配式UHPC“π”形梁橋可取消預(yù)應(yīng)力束，預(yù)應(yīng)力反拱不均的問(wèn)題將不復(fù)存在，從而簡(jiǎn)化施工并保證質(zhì)量.此外，朱波［150］參考國(guó)內(nèi)外30 m 級(jí)裝配式UHPC“π”形梁橋工程實(shí)例，對(duì)比發(fā)現(xiàn)UHPC“π”形梁橋其自重僅為傳統(tǒng)混凝土T 梁橋的70%，且其全生命周期成本遠(yuǎn)低于混凝土T 梁橋.宋林等［151］在進(jìn)行裝配式UHPC“π”形梁橋設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，通過(guò)對(duì)比現(xiàn)有國(guó)內(nèi)UHPC 標(biāo)準(zhǔn)［110］與法國(guó)UHPRFC 標(biāo)準(zhǔn)［109］，建議根據(jù)法國(guó)UHPFRC規(guī)范計(jì)算其收縮徐變.

5.2 理論和試驗(yàn)研究

為探究30 m 級(jí)裝配式UHPC“π”形梁的力學(xué)性能，團(tuán)隊(duì)成員設(shè)計(jì)兩根1∶2 縮尺T 梁模型（“π”形梁的一半），并分別開展其抗彎、抗剪力學(xué)試驗(yàn)，如圖32所示.

圖32 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)圖Fig.32 Field test drawing

試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了UHPC“π”形梁的初裂應(yīng)力及承載能力均能滿足工程要求，依據(jù)法國(guó)規(guī)范計(jì)算，其相應(yīng)荷載下的裂縫寬度大于試驗(yàn)實(shí)測(cè)值，證實(shí)了裝配式UHPC“π”形梁橋的可行性［149］.

同時(shí)，為研究UHPC“π”形梁橋縱橋向現(xiàn)澆接縫的力學(xué)性能，設(shè)計(jì)并制作了濕接縫足尺模型進(jìn)行四點(diǎn)抗彎試驗(yàn)，如圖33 所示.接縫模型縱橫肋相交位置最先開裂，按彈性理論計(jì)算得到其開裂應(yīng)力為12.2 MPa，大于橋面板計(jì)算最大橫向拉應(yīng)力10.78 MPa，設(shè)計(jì)接縫強(qiáng)度滿足橋梁的受力要求，同時(shí)也滿足局部構(gòu)造強(qiáng)度高于母材的設(shè)計(jì)要求.

圖33 UHPC“π”形梁縱向濕接縫抗彎試驗(yàn)Fig.33 Bending test of longitudinal wet joint of UHPC“π”shaped beam

6 UHPC-NC組合裝配式橋梁結(jié)構(gòu)

6.1 需求與對(duì)策

盡管UHPC 結(jié)構(gòu)在受力性能和耐久性上表現(xiàn)優(yōu)異，但現(xiàn)階段其綜合造價(jià)對(duì)于一般中小跨徑橋梁不具有競(jìng)爭(zhēng)性的優(yōu)勢(shì).為了降低工程造價(jià)，將普通混凝土（Normal Concrete，NC）代替部分UHPC 所形成的UHPC-NC 組合結(jié)構(gòu)逐漸得到廣泛應(yīng)用.組合梁的上部由預(yù)制或者現(xiàn)澆的NC 制成，兼作橋面板，承擔(dān)縱向壓應(yīng)力；組合梁下部的UHPC 承擔(dān)拉力，利用UHPC 優(yōu)異的裂縫控制能力［152］，提高橋梁的耐久性［153］.通常，NC 和UHPC 由剪力鍵連接，與鋼-混凝土組合梁不同的是，UHPC-NC 組合梁兩種材料均為水泥基材料，熱膨脹系數(shù)相近，能保證兩者在不同環(huán)境下協(xié)同受力.因而，兩種材料各盡所能、協(xié)同工作，既保證了受力的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，又保證了經(jīng)濟(jì)效益［154］.

對(duì)于中小跨徑UHPC 梁橋，為了避免預(yù)應(yīng)力反拱不均，保證施工質(zhì)量，UHPC-NC 組合梁橋可以設(shè)計(jì)成非預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，以充分發(fā)揮UHPC 優(yōu)異的受拉應(yīng)變硬化特性.對(duì)于非預(yù)應(yīng)力UHPC 主梁，為滿足其抗裂要求，通常需要密集配筋，但UHPC 梁截面尺寸通常較小，密集布置的鋼筋會(huì)使得UHPC 中鋼纖維局部分布不均，從而導(dǎo)致UHPC 保護(hù)層及鋼筋間隙間的鋼纖維含量偏低或鋼纖維不連續(xù)，進(jìn)而引起鋼纖維“橋接作用”局部失效.基于此，作者團(tuán)隊(duì)提出了一種鋼板-UHPC-NC 新型組合梁橋，如圖34 所示.該橋型其主梁利用在UHPC 梁底設(shè)置加強(qiáng)鋼板代替梁內(nèi)部分受拉鋼筋，可有效抑制UHPC 梁體的裂縫發(fā)展，提高其抗裂性能.該橋型因其具備高抗裂能力，可不設(shè)預(yù)應(yīng)力鋼束，故該橋型不僅能保證受力而且還能簡(jiǎn)化工藝，保證質(zhì)量.

圖34 鋼板-UHPC-NC新型組合梁橋構(gòu)造示意圖Fig.34 Schematic diagram of the novel steel plate-UHPC-NC composite girder bridge

6.2 理論和試驗(yàn)研究

為了研究該新型鋼板-UHPC-NC 組合梁的抗彎性能，根據(jù)依托工程（三洲壩橋）的實(shí)際尺寸設(shè)計(jì)了一片比例為1∶2 的工字梁模型.需要說(shuō)明的是，由于試驗(yàn)場(chǎng)地的限制，在跨徑上按1∶4 縮尺.縮尺試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜆?gòu)造圖如圖35 所示，其中試驗(yàn)梁長(zhǎng)7 500 mm，跨中腹板厚60 mm，支點(diǎn)處腹板加厚至100 mm，加厚段長(zhǎng)2 000 mm，腹板變化段長(zhǎng)500 mm；NC 頂板厚80 mm，寬580 mm；底板UHPC 厚100 mm，其中鋼板厚10 mm.采用四點(diǎn)抗彎加載，其中純彎段長(zhǎng)1.5 m，剪彎段長(zhǎng)2.9 m，加載裝置如圖36所示.

圖35 試驗(yàn)?zāi)Ｐ褪疽鈭D（單位：mm）Fig.35 Schematic drawing of the test model（unit：mm）

圖36 試驗(yàn)加載圖（單位：mm）Fig.36 Set up of the test model（unit：mm）

試驗(yàn)梁的荷載-跨中位移曲線如圖37 所示.由圖可見，在試驗(yàn)荷載作用下，組合梁的加載過(guò)程可以分為三個(gè)階段：1）線彈性階段：加載初期荷載較小，鋼板與UHPC 均未達(dá)到屈服應(yīng)變或開裂應(yīng)變，梁體處于線彈性受力階段.2）裂縫發(fā)展階段：當(dāng)試驗(yàn)荷載達(dá)到97 kN 時(shí)，受拉區(qū)UHPC 內(nèi)部開始出現(xiàn)了微裂縫，試驗(yàn)梁進(jìn)入裂縫發(fā)展階段.加載至403 kN 時(shí)，底板裂縫寬度達(dá)到0.05 mm（該寬度滿足耐久性要求），此時(shí)對(duì)應(yīng)的名義應(yīng)力為21.88 MPa.3）試驗(yàn)荷載達(dá)到845 kN時(shí)，試驗(yàn)梁發(fā)出響聲，承載能力迅速下降，同時(shí)試驗(yàn)梁主裂縫急劇擴(kuò)大，位移不斷增加，結(jié)束加載.

圖37 荷載-跨中位移曲線Fig.37 Load-mid span deflection curve

UHPC和NC之間結(jié)合面在試驗(yàn)中未發(fā)生滑移破壞，表明采用箍筋抗剪連接件連接和鑿毛處理兩種方式能保證兩者的有效連接.同時(shí)，鋼板與UHPC 主梁之間未發(fā)生較大滑移，未發(fā)展成剪切破壞面，說(shuō)明采用栓釘抗剪連接件，滿足結(jié)合面抗剪能力要求.

6.3 工程應(yīng)用

廣東省清遠(yuǎn)市三洲壩橋，如圖38 所示，上部結(jié)構(gòu)采用5 跨30 m 的簡(jiǎn)支梁橋，橋?qū)?.5 m，按雙向兩車道設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)時(shí)速為20 km/h，設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)為公路-Ⅱ級(jí)，橋梁安全等級(jí)為二級(jí).該橋上部結(jié)構(gòu)采用鋼板-UHPC-NC 組合結(jié)構(gòu)，采用預(yù)制鋼板-UHPC 主梁，現(xiàn)澆C50 橋面板的施工方法.其中，預(yù)制鋼板-UHPC 組合梁梁高144 cm，鋼板厚2 cm，底板UHPC厚20 cm，寬80 cm，跨中腹板厚12 cm，支點(diǎn)附近腹板加厚至20 cm，C50 橋面板厚16 cm，如圖39 所示.端部現(xiàn)澆橫隔板、預(yù)制UHPC 主梁和現(xiàn)澆NC 橋面板連接構(gòu)造如圖40 所示.該橋的應(yīng)用，對(duì)于中小跨徑橋梁，尤其是城市橋梁及農(nóng)村公路改造，起到了良好的示范作用.

圖38 三洲壩橋Fig.38 Bridge of San Zhou Ba

圖39 鋼板-UHPC-NC組合梁斷面圖（單位：mm）Fig.39 Cross-sectional drawing of the steel plate-UHPC-NC girder（unit：mm）

圖40 端部橫隔板及NC橋面板連接構(gòu)造示意圖Fig.40 Schematic drawing of the end diaphragm and NC deck

7 UHPC裝配式蓋梁結(jié)構(gòu)

7.1 需求與對(duì)策

裝配式橋梁是我國(guó)土木領(lǐng)域的重大戰(zhàn)略發(fā)展方向.目前，橋梁上部結(jié)構(gòu)和橋墩的預(yù)制裝配技術(shù)已趨于成熟并大量應(yīng)用，但橋梁的下部結(jié)構(gòu)施工仍以現(xiàn)場(chǎng)澆筑為主，該部分施工工期占現(xiàn)場(chǎng)施工的50～60%以上，現(xiàn)澆蓋梁施工過(guò)程中對(duì)周圍環(huán)境和居民的影響較大，并且需要阻斷交通，造成一定的經(jīng)濟(jì)損失.如果下部結(jié)構(gòu)也采用裝配式施工，則可以極大地縮短工期，實(shí)現(xiàn)橋梁的快速化施工.但是，蓋梁導(dǎo)致下部結(jié)構(gòu)難以實(shí)現(xiàn)全裝配式施工，其主因是常規(guī)混凝土（NC）預(yù)制蓋梁質(zhì)量過(guò)大，可達(dá)200～400 t，對(duì)于大規(guī)模蓋梁（30 m 以上），其自重甚至能達(dá)到500 t 以上，運(yùn)輸和吊裝困難很大.此外，常規(guī)混凝土蓋梁的耐久性較差，其在服役期間易出現(xiàn)開裂、混凝土剝落和材料強(qiáng)度退化等問(wèn)題.

實(shí)現(xiàn)蓋梁的輕型化并提升其耐久性，是裝配式橋梁一個(gè)亟待解決的問(wèn)題，而這卻是混凝土結(jié)構(gòu)無(wú)法擺脫的弊病.要實(shí)現(xiàn)蓋梁的輕型化并滿足裝配式施工，高性能材料的應(yīng)用是一個(gè)解決思路，UHPC 可以很好地解決這一技術(shù)難題，并使其具有更好的受力性能和耐久性.對(duì)于中小型蓋梁，湖南大學(xué)UHPC橋梁研究團(tuán)隊(duì)［155-156］提出了全預(yù)制輕型UHPC薄壁蓋梁方案，可以實(shí)現(xiàn)蓋梁的一次吊裝到位.而對(duì)于大型蓋梁（長(zhǎng)度30 m 以上），全預(yù)制UHPC 蓋梁方案也會(huì)有較大的自重，由此研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步提出了UHPC外殼+NC 內(nèi)芯組合蓋梁，僅需吊裝7 cm 厚的UHPC外殼，將UHPC 外殼作為模板吊裝就位，然后澆筑內(nèi)芯混凝土，最后實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的整體受力.

7.2 理論和試驗(yàn)研究

7.2.1 全預(yù)制輕型UHPC薄壁蓋梁

全預(yù)制輕型UHPC 薄壁蓋梁方案的設(shè)計(jì)理念是：根據(jù)長(zhǎng)沙市湘府路改造工程的蓋梁原結(jié)構(gòu)形式，采用變截面薄壁箱梁結(jié)構(gòu)，六邊形截面.采用UHPC材料，充分利用其超高強(qiáng)度、優(yōu)異的耐久性，維持傳統(tǒng)混凝土蓋梁結(jié)構(gòu)外形，將實(shí)心結(jié)構(gòu)改為薄壁結(jié)構(gòu)（壁厚控制在20～30 cm），較大的挖空率可以減少自重40%以上，可實(shí)現(xiàn)一次性吊裝到位；并布置少量的預(yù)應(yīng)力筋，實(shí)現(xiàn)一次張拉完成，極大地減少現(xiàn)場(chǎng)施工工序，從而實(shí)現(xiàn)全預(yù)制拼裝的工藝要求.具體的結(jié)構(gòu)布置結(jié)合模型設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行說(shuō)明.

為探究這種新型結(jié)構(gòu)形式的安全性和可行性，設(shè)計(jì)并完成了兩片相似比1∶2 的大比例模型加載試驗(yàn)，對(duì)結(jié)構(gòu)的正截面抗裂、抗彎承載力、斜截面抗裂和抗剪承載力展開了研究和分析，并通過(guò)有限元分析進(jìn)行了驗(yàn)證.試驗(yàn)蓋梁的基本構(gòu)造如圖41 所示，為方便模型制作，將截面縮簡(jiǎn)為四邊形，作為安全儲(chǔ)備.模型全長(zhǎng)12.1 m；梁高從懸臂端部的0.515 m線性變化至根部的1.05 m；頂、底板標(biāo)準(zhǔn)段厚0.125 m；腹板標(biāo)準(zhǔn)段厚度為0.1 m.試驗(yàn)蓋梁為部分預(yù)應(yīng)力UHPC 構(gòu)件，共配置19 根1×19S 型緩黏結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線，采用后張法施工，張拉控制應(yīng)力為1 209 MPa.縱向抗彎主筋采用直徑32 mm 的HRB500 鋼筋；箍筋采用直徑8mm 的HRB400 鋼筋，箍筋間距為50～100 mm.

圖41 全預(yù)制輕型UHPC薄壁蓋梁構(gòu)造圖（單位：mm）Fig.41 Overview of the prefabricated lightweight thin-walled UHPC bent cap（unit：mm）

模型試驗(yàn)的目的是研究蓋梁的抗彎和抗剪性能，對(duì)抗彎而言，純彎段跨中截面為最不利截面；對(duì)抗剪而言，懸臂承受的剪力從端部到根部逐漸變大，懸臂根部為抗剪最不利截面.綜合考慮試驗(yàn)條件和試驗(yàn)?zāi)康?，制定加載方案如圖42所示.

圖42 蓋梁加載示意圖（單位：mm）Fig.42 Loading setup of the bent caps（unit：mm）

抗彎和抗剪試驗(yàn)的主要結(jié)果如圖43、圖44 所示.抗彎試驗(yàn)臨界開裂荷載為1 150 kN 時(shí)，產(chǎn)生寬度為0.05 mm的裂縫，此時(shí)對(duì)應(yīng)原結(jié)構(gòu)承受1.23倍頻遇組合作用；極限荷載為2 450 kN 時(shí)，對(duì)應(yīng)原結(jié)構(gòu)承受1.7 倍基本組合作用.抗剪試驗(yàn)的臨界開裂荷載為1 430 kN，對(duì)應(yīng)原結(jié)構(gòu)承受1.2 倍頻遇組合作用；極限荷載為3 200 kN 時(shí)，對(duì)應(yīng)原結(jié)構(gòu)承受1.7 倍基本組合作用.試驗(yàn)結(jié)果證明其具有十分優(yōu)異的超載能力、抗裂、抗剪和抗彎性能、變形能力，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有很高的安全度，完全可以應(yīng)用于實(shí)際的工程設(shè)計(jì).

圖43 UHPC蓋梁抗彎模型試驗(yàn)Fig.43 Bending test of the UHPC bent cap

圖44 UHPC蓋梁抗剪模型試驗(yàn)Fig.44 Shear test of the UHPC bent cap

針對(duì)UHPC 蓋梁的抗彎和抗剪性能，文獻(xiàn)［155］給出了蓋梁的正截面開裂彎矩和抗彎極限承載力計(jì)算方法，建議計(jì)算開裂彎矩時(shí)偏安全地將塑性影響系數(shù)分別取為1.0 和2.0；建議計(jì)算抗彎承載力時(shí)，受拉區(qū)均勻應(yīng)力分布換算系數(shù)k取0.6.文獻(xiàn)［156］提出了UHPC 蓋梁的斜截面開裂剪力和斜裂縫寬度計(jì)算公式，并對(duì)UHPC蓋梁的抗剪承載力進(jìn)行了評(píng)估.

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和理論分析，在進(jìn)行預(yù)應(yīng)力UHPC蓋梁設(shè)計(jì)時(shí)，建議適當(dāng)增加預(yù)應(yīng)力筋用量、減少普通鋼筋和箍筋用量，提高結(jié)構(gòu)抗裂性能，并能提高結(jié)構(gòu)抗彎和抗剪承載能力，同時(shí)還能有效增加UHPC 流動(dòng)空間，有利于增加其密實(shí)度.通過(guò)試驗(yàn)總結(jié)UHPC蓋梁的施工建議如下：蓋梁模型在澆筑時(shí)，封閉內(nèi)模承受較大的浮力，必須采取防上浮措施；如果結(jié)構(gòu)配筋較多，澆筑UHPC時(shí)須適當(dāng)振搗，確保其密實(shí)性.

7.2.2 UHPC外殼+NC內(nèi)芯混凝土組合蓋梁

全預(yù)制UHPC 蓋梁方案主要適用于中小型蓋梁結(jié)構(gòu)，以及運(yùn)輸和吊裝設(shè)備條件較好的情況.對(duì)于大規(guī)模蓋梁（長(zhǎng)度30 m 以上），搭設(shè)支架施工費(fèi)用高，施工風(fēng)險(xiǎn)較大.采用預(yù)制蓋梁方案則存在著超限運(yùn)輸、安裝設(shè)備要求高、蓋梁分段后現(xiàn)場(chǎng)連接困難等問(wèn)題，這對(duì)城市橋梁工業(yè)化技術(shù)和綠色建造技術(shù)的推廣帶來(lái)了較大的制約.

針對(duì)上述超大規(guī)模蓋梁工業(yè)化生產(chǎn)、運(yùn)輸和吊裝的問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)提出了一種預(yù)應(yīng)力UHPC 外殼-NC內(nèi)芯組合蓋梁，如圖45 所示，包括預(yù)制UHPC 外殼（僅70 mm 厚）、縱向和豎向加勁鋼板、內(nèi)設(shè)型鋼框架及內(nèi)芯NC 混凝土（不再布置普通鋼筋）.其中，加勁鋼板的作用是抗剪并減小UHPC 收縮、鋼框架的作用是抗扭和抗剪.施工時(shí)，外殼（UHPC、鋼板、框架）在工廠整體預(yù)制，張拉初期預(yù)應(yīng)力后運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)安裝，墩頂就位后澆筑內(nèi)芯NC 混凝土、強(qiáng)度達(dá)到后張拉后期預(yù)應(yīng)力，形成整體.安裝過(guò)程無(wú)須搭設(shè)臨時(shí)支架，且外殼吊裝質(zhì)量輕（<120 t），預(yù)制裝配化程度高.

圖45 UHPC外殼+NC內(nèi)芯混凝土組合蓋梁Fig.45 UHPC shell+NC composite bent cap

該蓋梁UHPC 外殼不僅起到結(jié)構(gòu)的作用，也兼具模板的作用，考慮到吊裝重量，UHPC外殼較薄，無(wú)法布置普通鋼筋，其抗剪性能在一定程度上需要加勁鋼板提供.目前，研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)這一結(jié)構(gòu)形式的力學(xué)性能，正在開展相關(guān)的理論分析和試驗(yàn)研究.

8 UHPC防撞結(jié)構(gòu)

8.1 需求與對(duì)策

隨著我國(guó)交通系統(tǒng)的日益完善，RC 橋梁在服役期間易遭受來(lái)自車輛、船舶、滾石等其他物體的側(cè)向撞擊［4］.由于撞擊荷載具有局部化、高強(qiáng)度、瞬態(tài)化的特點(diǎn)，以及混凝土自身的脆性，橋梁結(jié)構(gòu)在撞擊荷載下往往表現(xiàn)出局部破壞和整體破壞［157］，各類撞擊已成為橋梁失效的一項(xiàng)重要原因［158-159］.

提高橋梁結(jié)構(gòu)抗撞性能的途徑一般有兩種，其一是利用高性能材料來(lái)提高橋梁結(jié)構(gòu)的自身抗力，例如采用UHPC對(duì)橋墩進(jìn)行局部的增強(qiáng)增韌［160］或直接采用UHPC 橋墩［161］，但這種“硬抗”的方法不利于同時(shí)保護(hù)橋梁結(jié)構(gòu)和撞擊物（尤其車輛、船舶等載人撞擊物）；另一種則是借助外部防撞結(jié)構(gòu)來(lái)降低橋梁結(jié)構(gòu)的碰撞響應(yīng)［162-178］.例如，針對(duì)傳統(tǒng)鋼套箱，Wang等［168］、Jiang 等［169］、Fan 等［164］開展了試驗(yàn)和數(shù)值研究，結(jié)果表明鋼套箱可顯著降低撞擊力峰值并增大撞擊力持時(shí)，但在高能量船撞下，鋼套箱易發(fā)生局部塌陷，進(jìn)而導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)不減反增，針對(duì)該缺陷，F(xiàn)an 等［164］提出在鋼套箱外圍增設(shè)RC 面板的構(gòu)造措施.Wang 等［170］提出了一種“鋼絲繩圈+鋼架”的防撞裝置，其兼具耗能與導(dǎo)向功能，但當(dāng)船舶初始動(dòng)能較高或船首剛度較大時(shí)，船舶會(huì)卡在裝置內(nèi)而無(wú)法實(shí)現(xiàn)撥轉(zhuǎn)船頭的預(yù)期功效［171］.由于防船撞裝置的服役環(huán)境惡劣，面臨嚴(yán)峻的腐蝕退化和耐久性問(wèn)題，諸多學(xué)者提出了不同形式的高性能復(fù)合防撞套箱，其中纖維增強(qiáng)復(fù)合材料較為常用［162，172-174］.在橋梁結(jié)構(gòu)的防車撞和滾石撞擊方面，防撞裝置的構(gòu)造設(shè)計(jì)與防船撞裝置的類似，其設(shè)計(jì)目標(biāo)都是使防撞裝置具備穩(wěn)定、較強(qiáng)的消能能力.Pan 等［175-176］提出了一種“U 形鋼板+玻纖增強(qiáng)復(fù)合蜂窩管”防撞裝置，通過(guò)水平車撞試驗(yàn)檢驗(yàn)了該裝置的防撞效果，并強(qiáng)調(diào)防撞裝置的尺寸應(yīng)適應(yīng)耗能需求.Yan等［177］設(shè)計(jì)了5種“鋼板+泡沫”的耗能芯層結(jié)構(gòu)，用于橋梁的防泥石流沖擊.綜上所述，精心設(shè)計(jì)的防撞結(jié)構(gòu)可吸收大量的碰撞動(dòng)能，充當(dāng)可犧牲的“保險(xiǎn)絲”，具備同時(shí)保護(hù)橋梁結(jié)構(gòu)與撞擊物的潛力，而設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)姆雷步Y(jié)構(gòu)往往不能充分發(fā)揮其防撞作用，甚至不利于橋梁結(jié)構(gòu)的保護(hù)［164］.發(fā)展性能優(yōu)越的構(gòu)造形式和簡(jiǎn)易實(shí)用的設(shè)計(jì)方法是防撞結(jié)構(gòu)研究中亟須解決的問(wèn)題.

針對(duì)上述問(wèn)題，作者團(tuán)隊(duì)針對(duì)車撞、船撞和滾石撞擊，提出了多種基于UHPC 的防撞結(jié)構(gòu)，并開展了大量的試驗(yàn)研究與分析［165-167，178］.

8.2 理論和試驗(yàn)研究

圖46 為基于UHPC 的防車撞保護(hù)結(jié)構(gòu)［165］，其組成包括UHPC 頂、底板和豎向波紋管，依靠波紋管的塑性變形實(shí)現(xiàn)耗能.針對(duì)該防撞結(jié)構(gòu)，開展了6 組落錘沖擊試驗(yàn)，研究了波紋管厚度、波紋管數(shù)量、UHPC板類型、沖擊能量等參數(shù)的影響.試驗(yàn)結(jié)果表明UHPC面板具有良好的抗撞性，可穩(wěn)定地發(fā)揮其傳遞沖擊荷載的作用；沖擊力對(duì)波紋管數(shù)量比厚度更為敏感，而增加波紋管厚度比增加其數(shù)量更有利于提高防撞結(jié)構(gòu)的耗能能力；UHPC面板中植筋可減小整體結(jié)構(gòu)的位移響應(yīng).此外，提出了一種多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)流程，為該防撞結(jié)構(gòu)的實(shí)際應(yīng)用提供指導(dǎo).

圖46 基于UHPC的防車撞結(jié)構(gòu)［165］Fig.46 UHPC-based protective structure for vehicle collision

圖47 為基于UHPC 的防船撞保護(hù)結(jié)構(gòu)［166］，UHPC 板內(nèi)配有鋼筋和剪力釘，在UHPC 面板之間設(shè)有波折板耗能層.針對(duì)該形式的UHPC 防撞結(jié)構(gòu)，開展了系列落錘沖擊試驗(yàn)，研究了面板材料（UHPC 和普通RC）、波折板厚度、植筋間距和落錘幾何形狀的影響.主要結(jié)論包括：相較于普通RC 面板，UHPC 面板具有更佳的耐撞性和耐久性，如圖48 所示，僅在撞擊點(diǎn)處發(fā)生輕微損傷，而普通RC 面板則產(chǎn)生明顯的斷裂裂縫；UHPC板內(nèi)植筋對(duì)結(jié)構(gòu)的沖擊響應(yīng)和損傷影響輕微.

圖47 基于UHPC的防船撞結(jié)構(gòu)［166］（單位：mm）Fig.47 UHPC-based protective structure for vessel collision（unit：mm）

圖48 兩種面板的損傷情況［166］Fig.48 Damage of two kinds of panels

為進(jìn)一步探索更為合理、有效的UHPC 防撞結(jié)構(gòu)的構(gòu)造形式，設(shè)計(jì)了5 種不同鋼核心構(gòu)型的UHPC-鋼-泡沫三明治防撞結(jié)構(gòu)，分別為傳統(tǒng)框架型、異位框架型、波折板型、水平圓管型和豎管型，如圖49 所示［167］.針對(duì)這5 種防撞結(jié)構(gòu)，開展了14 組準(zhǔn)靜態(tài)壓潰試驗(yàn)，著重探討了防撞結(jié)構(gòu)的變形模式以及填充聚氨酯泡沫的影響.主要結(jié)論如下：不同構(gòu)型的防撞結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能顯著不同，異位框架型和水平圓管型的力-位移曲線不具有初始峰值力；豎管型防撞結(jié)構(gòu)的抗壓潰性能過(guò)高而難以應(yīng)用于實(shí)際工程；填充聚氨酯泡沫可顯著提升防撞結(jié)構(gòu)的吸能量和比吸能，并對(duì)結(jié)構(gòu)變形起一定的限制作用.此外，采用優(yōu)劣解距離法對(duì)這5 種三明治防撞結(jié)構(gòu)進(jìn)行了壓潰性能評(píng)估，發(fā)現(xiàn)水平圓管型和異位框架型的總體性能最優(yōu)，圖50 展示了這兩種防撞結(jié)構(gòu)的壓潰變形過(guò)程.

圖49 5種UHPC-鋼-泡沫三明治防撞結(jié)構(gòu)［167］Fig.49 Five kinds of UHPC-steel-foam sandwich protective structures

圖50 兩種推薦防撞結(jié)構(gòu)的壓潰過(guò)程［167］Fig.50 Crush process of two suggested protective structures

在準(zhǔn)靜力壓潰試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，又對(duì)這5 種UHPC-鋼-泡沫三明治防撞結(jié)構(gòu)開展了19 組落錘試驗(yàn)［178］，如圖51所示，主要結(jié)論包括：填充聚氨酯泡沫可提高防撞結(jié)構(gòu)的抗沖擊性能；UHPC面板有助于夾芯層充分發(fā)揮其耗能能力，不加UHPC 面板會(huì)導(dǎo)致防撞結(jié)構(gòu)發(fā)生局部凹陷；提高夾芯層厚度可提高其抗壓潰能力；傳統(tǒng)框架型和波折板型防撞結(jié)構(gòu)在落錘沖擊下呈傾斜的變形模式，而異位框架型和水平圓管型呈均勻下沉變形模式；豎管型由于過(guò)大的初始剛度而不適用于實(shí)際的結(jié)構(gòu)防護(hù).圖51 展示了沖擊荷載下非豎管型防撞結(jié)構(gòu)的變形模式.

圖51 沖擊荷載下非豎管型防撞結(jié)構(gòu)的變形模式［178］Fig.51 Deformation mode of protective structures except for vertical tube type

8.3 工程應(yīng)用

填充泡沫的水平圓管型鋼-UHPC 組合防撞結(jié)構(gòu)已首次應(yīng)用于長(zhǎng)沙會(huì)展中心橋，用于抵抗中、小碰撞動(dòng)能的船舶撞擊，如圖52所示.

圖52 長(zhǎng)沙會(huì)展中心橋Fig.52 Exhibition Center Bridge in Changsha

9 UHPC橋梁技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)編制進(jìn)展

2021—2022 年，作者團(tuán)隊(duì)編制了多部UHPC 橋梁相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，本節(jié)對(duì)規(guī)范的主要情況進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹.

編制了中國(guó)公路學(xué)會(huì)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)——《高韌性混凝土組合橋面結(jié)構(gòu)技術(shù)指南》，豐富了鋼-薄層UHPC 輕型組合橋面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理論；同時(shí)，編制了中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)——《超高性能混凝土梁式橋技術(shù)規(guī)程》，為UHPC 梁式橋的設(shè)計(jì)應(yīng)用提供了參考.

同時(shí)，由湖南大學(xué)主編的兩部交通部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)均取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，其中，《鋼-高韌性混凝土組合橋面設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》已完成送審稿評(píng)審，《公路橋涵超高性能混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（以下簡(jiǎn)稱“應(yīng)用規(guī)范”）則已進(jìn)入報(bào)批稿階段.下面對(duì)應(yīng)用規(guī)范的特點(diǎn)和內(nèi)容做進(jìn)一步介紹.

應(yīng)用規(guī)范以行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG 3362—2018）為基礎(chǔ)，結(jié)合國(guó)內(nèi)外的UHPC 工程經(jīng)驗(yàn)、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)成果，同時(shí)吸納編制單位的研究成果編制而成.在編制過(guò)程中，編寫組吸收了國(guó)內(nèi)外幾乎所有公開發(fā)表的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，以《公路工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（JTG 2120—2020）為依據(jù)，對(duì)其中的抗彎、抗剪、抗沖切、局部承壓等公式均進(jìn)行了可靠度校準(zhǔn)，確保規(guī)范的可靠性與安全性.該規(guī)范主要內(nèi)容包括：原材料與配合比、超高性能混凝土性能、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工、質(zhì)量檢驗(yàn)與評(píng)定等.

10 結(jié)論與展望

材料進(jìn)步是橋梁結(jié)構(gòu)科技進(jìn)步的重要源動(dòng)力.UHPC具有優(yōu)異的力學(xué)性能和耐久性，與普通混凝土或預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)相比，UHPC具有高抗裂和抗拉強(qiáng)度，提升了結(jié)構(gòu)的耐久性，而與鋼結(jié)構(gòu)相比，UHPC結(jié)構(gòu)無(wú)須焊接，疲勞開裂風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)一步降低，為橋梁結(jié)構(gòu)的高性能化發(fā)展提供了廣闊空間.本文具體的結(jié)論與展望如下.

1）基于UHPC 超高的力學(xué)性能和超長(zhǎng)耐久性，作者團(tuán)隊(duì)研發(fā)了多種高性能結(jié)構(gòu)：研發(fā)的重度疲勞開裂鋼橋面UHPC 加固新結(jié)構(gòu)通過(guò)設(shè)置橫向鋼板條提高UHPC 加固層正彎矩下的抗裂強(qiáng)度，滿足實(shí)橋超10 MPa 的高拉應(yīng)力，加固后鋼橋面疲勞應(yīng)力降低達(dá)30%～95%，將顯著延長(zhǎng)鋼橋面的疲勞壽命，為我國(guó)早期修建的大跨徑鋼橋橋面疲勞加固提供了可行方法.

2）提出的系列增韌/預(yù)應(yīng)力配筋UHPC 加固技術(shù)充分利用了UHPC 材料的拉伸韌性和其與NC 結(jié)合面優(yōu)異的黏結(jié)性能，加固后損傷混凝土梁開裂荷載及承載能力較原結(jié)構(gòu)分別提高了233%和126%，可實(shí)現(xiàn)危舊梁橋結(jié)構(gòu)增強(qiáng)和耐久防護(hù)的雙重功效.

3）研發(fā)的UHPC 矮肋橋面板，其自重相比普通鋼-混凝土組合梁的橋面板降低約50%，且新型橋面結(jié)構(gòu)具有更優(yōu)的抗裂性能和耐久性.

4）研發(fā)的全預(yù)制拼裝UHPC 蓋梁，其自重較普通混凝土蓋梁降低約40%以上，且UHPC 蓋梁具有更優(yōu)的抗裂性能、承載能力和耐久性；研發(fā)的單向預(yù)應(yīng)力UHPC 箱梁體系，解決了傳統(tǒng)PC 梁橋其梁體開裂和主跨過(guò)度下?lián)系膬纱箢B疾，大幅提升了混凝土箱梁橋的經(jīng)濟(jì)跨徑（約400 m），為大跨橋梁提供了新的思路.

5）研發(fā)的新型裝配式UHPC“π”形梁橋，從輕型化、少接縫、施工快和耐久性好的工程角度出發(fā)，解決了傳統(tǒng)預(yù)制梁橋預(yù)應(yīng)力反拱不均、施工質(zhì)量難以保證的問(wèn)題，是中小跨徑橋梁較具競(jìng)爭(zhēng)力的方案；研發(fā)的無(wú)預(yù)應(yīng)力鋼板-UHPC-NC 組合梁橋，擁有良好的承載能力和抗裂能力，且具有良好的經(jīng)濟(jì)性和施工便利性，可以作為新建中小跨徑橋梁的推廣方案，尤其適合于農(nóng)村公路快速改造.

6）研發(fā)的鋼-UHPC 組合高性能防撞結(jié)構(gòu)，充分利用UHPC 高耐撞性、超高耐久性能和鋼材高延性、耗能經(jīng)濟(jì)性，將高耐撞面板與優(yōu)化耗能拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有機(jī)組合，具有耐久性和經(jīng)濟(jì)性優(yōu)異的特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)壽命提升2～5 倍，全壽命成本降30～87%，減少碳排放30%～80%.上述新結(jié)構(gòu)具有自重輕、強(qiáng)度高、耐久性優(yōu)、構(gòu)造簡(jiǎn)單、施工方便等突出優(yōu)點(diǎn)，有望從根源上提高結(jié)構(gòu)的性能和品質(zhì).

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者都在積極進(jìn)行各類UHPC 高性能橋梁結(jié)構(gòu)的研發(fā)和應(yīng)用.隨著今后工程應(yīng)用的不斷增多以及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系的完善，UHPC的材料成本將進(jìn)一步降低、施工工藝也將更加成熟，將在橋梁工程領(lǐng)域發(fā)揮更大的優(yōu)勢(shì)，不斷促進(jìn)我國(guó)橋梁朝向高性能化的方向發(fā)展.