UHPC桥梁研究进展与规模化应用技术路径分析

工程材料的革新是推动土木工程结构发展的重要驱动力，工程结构的发展又将促进工程材料不断突破。超高性能混凝土(Ultra High Performance Concrete, UHPC)是一种具备超高强度、高韧、高耐久、高抗爆等优异性能的新型超级混凝土，能较好地适应下一代桥梁工程大跨化、轻型化、高性能化的发展趋势。为促进UHPC在桥梁工程领域的研究与应用，系统梳理了近年来UHPC桥梁学术研究现状、热点前沿、存在问题、具体对策及发展前景。首先总结了UHPC材料研究进展，包括材料组成、基本力学特性与桥梁用UHPC发展历程。然后对UHPC结构设计理论研究进行了梳理总结，包括考虑纤维贡献的UHPC结构受弯受剪计算理论、UHPC结构抗冲击、抗爆与疲劳计算方法等，并重点介绍了无腹筋UHPC桥梁、钢-UHPC组合桥梁、UHPC用于桥梁抗震、UHPC桥面铺装、UHPC用于桥梁加固等结构体系创新研究进展。基于以上UHPC研究与工程应用现状，指出了UHPC在桥梁工程领域规模化应用面临的关键问题、主要挑战及实现技术路径，以期对UHPC在桥梁工程领域的学术研究和规模化应用提供新的视角和参考。     

纵筋率对UHPC华夫桥面单向板抗弯承载力的影响

为研究超高性能混凝土（UHPC）华夫桥面单向板中纵筋率对其抗弯承载力的影响，利用等效宽度的原理对其进行简化，设计制作了6根不同纵筋率的足尺T梁模型.首先，通过加载试验分别对UHPC的基本力学性能和T型截面UHPC梁的抗弯性能和破坏模式进行研究；其次，根据材料性能试验结果，提出UHPC抗拉与抗压的本构模型，并通过截面分析推导T型截面UHPC梁的极限抗弯承载力计算公式；最后，基于既有研究结果，对所提出的T形截面UHPC梁极限抗弯承载力计算公式进行适用性验证.研究结果表明：由于UHPC具有优异的抗拉强度和拉伸韧性，尽管减小纵筋率会降低T形截面UHPC梁的极限抗弯承载力和延性，但不会改变构件的破坏形式，即T形截面UHPC梁在纵筋率较少甚至不配筋的情况下依然具备延性破坏的特征；根据截面分析推导结果，受拉侧UHPC极限抗拉强度变化系数与纵筋率成正比关系，纵筋率的增大可以更加显著地发挥UHPC的抗拉作用；所提出的公式具有良好的适用性.     

数据驱动的UHPC与钢筋界面黏结强度研究

超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete, UHPC)与钢筋界面的良好黏结是保证结构安全和正常使用的关键，直接决定了结构设计与性能评估。然而，传统基于试验或力学推导的界面黏结性能评估方法难以反映众多因素的影响，预测精度低、方差大。近年来，基于人工智能的数据驱动技术发展迅猛，为解决上述问题提供了新思路。建立了样本容量为670的钢筋与UHPC界面黏结试验数据库，分析了特征相关性和主要因素影响规律。剔除数据缺失、数据噪声等无效数据后，得到了557组有效数据子库。基于机器学习方法训练并生成了9种黏结强度预测模型，包括4个线性模型和5个非线性模型。采用决定系数(R²)、均方根误差(RMSE)和平均绝对误差(MAE)指标开展了模型预测精度评价，对比了机器学习模型和传统模型的预测精度。结果表明：钢纤维掺量2%的试验样本占75.8%,钢筋直径16 mm的试验样本占64.6%,缺乏其他纤维掺量与钢筋直径的研究样本，尤其是低配纤、高配纤以及大直径钢筋的试验数据。5次随机抽样训练预测结果中，人工神经网络模型对试验结果预测最好，R²     

无黏结预应力UHPC梁弯曲性能试验研究

为研究无黏结预应力UHPC梁的弯曲力学行为，探究UHPC桥梁结构的合理应用形式，通过一片大尺寸矩形梁的弯曲试验，获得了预压力作用下UHPC梁弯曲的破坏模式、裂缝分布及发展等结果。结果表明，无黏结预应力UHPC梁最终因水平裂缝开展引发骤然卸载而失效，试验荷载远低于按正截面破坏计算的理论值；弯矩导致的竖向裂缝数量少、间距大，UHPC拉伸性能未得到充分利用。     

超高边坡开挖对既有隧道衬砌结构安全影响分析

以某临近既有隧道的道路改建高挖方边坡工程为研究对象，利用有限差分软件模拟分析了边坡逐级开挖过程中隧道衬砌结构变形与主应力的变化规律，计算了衬砌结构安全系数进而评价隧道结构稳定性，并结合现场测量数据分析验证仿真模拟的可靠度。结果表明：随着超高边坡逐级开挖，隧道衬砌结构各部位变形均增大，最大主应力从压应力变为拉应力而最小应力均表现为压应力；安全系数大幅度降低，Ⅲ阶段右拱腰存在局部破坏风险，Ⅳ阶段拱顶与左边墙易受拉破坏；模拟值高于实际值，减少边坡爆破施工可确保隧道运营阶段的安全性，可为相似工程提供一定参考价值。     

UHPC加固受损混凝土斜拉桥主梁模型试验

基于超高性能混凝土(UHPC)的优异性能及其在混凝土结构抗弯加固中的应用成果，提出了采用配筋UHPC加固受损混凝土斜拉桥主梁的方法，由此开展了UHPC加固受损严重主梁的混凝土斜拉桥节段模型试验研究，以探究主梁加固后斜拉桥体系的受力性能。试验结果表明：UHPC加固混凝土斜拉桥主梁施工方式整体协同工作性能良好，UHPC层与原混凝土间未发生脱黏破坏；UHPC加固后，主梁开裂荷载较原未损伤主梁提升了79.9%,且UHPC层裂缝呈现数量多、间隙小及宽度细的特征，并可有效抑制原主梁裂缝发展，说明受拉UHPC层显著提高了加固后主梁的抗裂性能；不同主梁裂缝宽度工况荷载作用下，斜拉桥体系变形恢复较好，残余变形很小，且当主梁出现严重损伤时，该体系仍具有很好的受力性能；UHPC加固后，主梁的抗弯强度有一定程度提高，但不控制斜拉桥体系的极限承载力，主梁破坏时斜拉索应力为其极限强度的70.2%,斜拉索仍然具有一定承载力富余；UHPC加固后，主梁严重受损的斜拉桥体系刚度得到有效提升，主梁开裂前体系刚度较未损伤原主梁及灌浆加固后主梁分别提升了11.3%和29.5%;采用UHPC对混凝土斜拉桥主梁进行抗弯加固具有较大...     

高快速路涉超高压线节点设计方案研究——以沿江通道浦东段新建工程为例

城市外围过境高快速路建设如火如荼，其中城镇地区的高快速路与超高压线、输油管、燃气管等重要市政管线互相影响的情况不断增加，结合沿江通道浦东段新建工程，聚焦在洲海变电站节点，研究超高压线条件下的高快速路方案设计。基于超高压线等复杂建设条件，提出地道、地面、“矮高架”三个设计方案，系统性进行方案比选，结合洲海变电站节点处的管线特点、沿江通道工程设计要求等，综合推荐地面方案作为实施方案，研究成果为类似工程提供了有益的参考。     

高落差自密实混凝土防离析装置试验研究

张靖皋长江大桥南航道桥主塔直径3.6 m的钢管混凝土采用大节段浇筑工艺，管内C60自密实混凝土浇筑采用“导管+缓冲装置”。最大浇筑高度为43 m,混凝土易离析，浇筑质量控制难度大。设计了内置式与外置式两种防离析装置，通过对比试验分析了两种不同形式的防离析装置在混凝土浇筑质量上的控制效果，建议在大节段钢管混凝土浇筑工艺中采用3 m布置间距的内置式防离析装置，可大幅减小浇筑过程对混凝土工作性能的不利影响，保证混凝土浇筑质量。     

变截面波形钢腹板-UHPC组合箱梁剪应力试验

为进一步减轻大跨径变截面桥梁结构自重，增加结构跨越能力并增强结构抗裂性能，提出了变截面波形钢腹板(Corrugated Steel Webs, CSW)-UHPC组合箱梁结构新理念，该结构截面尺寸更小、自重更轻，其结构剪力分布、截面剪应力分布与常规组合结构区别较大，需深入研究。以变截面CSW-UHPC组合箱梁为研究对象，取变截面微段进行受力分析，结合剪应力互等定理，推导了系统完善的腹板剪应力计算公式，并基于工程需要，提出了一种简化计算方法。继而，设计了一片大比例变截面CSW-UHPC模型梁，模拟大跨径组合梁桥施工过程中典型的受力状态，完成了不同边界条件、不同加载位置、不同加载类型及微裂缝状态共计6种工况下的静力加载试验，获得了各截面剪应力分布及沿跨度方向承剪比变化规律，并结合空间实体有限元模型对计算理论进行全面的验证。结果表明：各工况下腹板实测剪应力值与所提公式理论值、有限元结果吻合良好，证明了所提公式的正确性；组合箱梁倾斜底板参与了截面抗剪而不可忽略，体现出明显的变截面效应；特别是最大悬臂工况下其模型梁根部位置附近承剪比仅为2%～6%,剪力大部分由倾斜底板来承担，实测和理论剪应力大小...