基于UHPC 的高性能橋梁結構研究與應用

曹君輝，樊偉，李立峰，邵旭東?，張陽，趙華

［1.湖南大學土木工程學院，湖南長沙 410082；2.風工程與橋梁工程湖南省重點實驗室（湖南大學），湖南長沙 410082］

超高性能混凝土（Ultra-high Performance Con?crete，UHPC）是一種新型水泥基復合材料，最早由法國學者于1993 年研發成功.UHPC 基于最大堆積密度原理配制，主要由硅灰、水泥、細骨料及鋼纖維、水等材料組成，依照最大密實度原理構建，從而使材料內部缺陷（孔隙和微裂縫）減至最少，并獲得優異的力學性能和耐久性.總體而言，UHPC 的抗壓強度可達普通混凝土的3 倍，抗折強度可達普通混凝土的10倍，徐變系數僅約為普通混凝土的15%，耐久性指標相比普通混凝土優1～2 個數量級.由此可以看出，UHPC 的各項力學和耐久性指標均遠優于普通混凝土.因此，基于UHPC 有望研發出更經濟、更環保、更堅固、更耐久的高性能結構.

目前國內外學者在UHPC 材料及相關構件或結構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］，同時在組分優化和性能分級等方面進行了積極探索［12-16］；在構件或結構層面，研究了UHPC 梁或板［17-24］、柱［25-29］、鋼-UHPC 組合結構［30-38］、節點［39-41］或接縫［42-45］等方面的性能，以及在極地等嚴酷海洋環境中UHPC結構的性能［46］.

在UHPC 及鋼-UHPC 組合橋梁結構領域，國內外學者開展了大量研究.樊健生等［47］研究了鋼-UHPC組合箱梁模型在彈性狀態下的彎曲受力行為，建立了考慮剪力滯后、滑移效應以及鋼腹板剪切變形的組合箱梁分析模型，并推導得出解析解.王景全等［48］提出了有無配筋的UHPC 大鍵齒干接縫形式，并通過直剪性能試驗分析了大鍵齒UHPC 干接縫的受剪性能.通過細觀力學分析，研究了纖維對UHPC殘余抗拉強度貢獻機理，提出了考慮纖維埋深、分布和取向的UHPC 細觀本構模型［49］.劉加平等［50］分析了粗骨料UHPC 的性能優勢和發展動向.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、長徑比、形狀、同形及異形纖維混摻對UHPC施工及力學性能的影響.方明山等［17］在跨海橋梁工程的應用中提出采用UHPC 代替C60 微膨脹混凝土進行濕接縫施工.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，分別對鐵路鋼橋采用UHPC 加固鋼橋面時UHPC 薄層的受力性能、UHPC 組合橋面板濕接縫的收縮性能、鋼-UHPC 華夫板組合梁負彎矩區抗彎性能開展了計算與試驗研究.王洋等［57］、Wei等［58］開展了鋼-UHPC 組合橋面結構疲勞性能研究，并提出適用于該類構件的S-N曲線.Sun等［59］開展了UHPC 應用于含有不同形式縱肋的鋼橋面時，組合橋面的基本性能研究.Deng 等［60］開展了鋼-UHPC 組合橋面的動力性能研究.Qin 等［61］開展了在役鋼橋面應用UHPC 加固時的實橋監測并進行了剩余壽命評估.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濟性.Xiao 等［63-64］提出了利用PBL 作為連接件的UHPC 應用于鋼橋面的預制標準節段.Shao 等［65］、Deng 等［66］針對中、短跨徑橋梁的特點，先后提出熱軋型鋼-UHPC 組合梁與全預制鋼-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.黃海新等［67］研究了鋼-UHPC 組合梁高強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特性及破壞形態.石廣玉等［69］采用Schwartz-Neuman 交替法建立鋼-UHPC 組合結構中栓釘焊縫表面裂紋的三維斷裂力學模型，進行裂紋擴展模擬和栓釘的疲勞壽命預測.此外，多位學者先后針對不同構造形式的剪力連接件開展了研究.楊俊等［70］通過30個UHPC-石材組合試件推出試驗，研究不同界面植筋率、植筋深度和植筋間距對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 組合結構與普通鋼-混組合結構中PBL 剪力鍵力學性能的差異性.程震宇等［74-75］探究了MCL（改進螺旋線形組合銷）連接件在超高性能混凝土組合梁中的抗剪性能.

對于在役橋梁加固領域，同樣有大量研究得到開展，以論證采用UHPC 補強或修復混凝土結構的可行性、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UHPC 加固混凝土梁、板的抗彎性能和時變行為進行了試驗和數值分析研究，探討了UHPC 加固形式（單面、雙面以及三面圍套加固）、混凝土構件損傷程度、UHPC強度、配筋率、厚度和收縮等參數對加固梁抗彎性能的影響，發現UHPC 加固層對混凝土構件的抗裂性能、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 結合面黏接牢靠，加固后構件整體受力性能良好.Murthy等［83］研究了配筋UHPC補強混凝土梁的彎曲疲勞性能和疲勞破壞模式，發現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UHPC 加固混凝土梁、板靜力性能試驗，發現加固后梁、板發生彎剪或剪切破壞，提出了針對UHPC-RC梁剪切破壞的理論模型并預測加固梁的抗剪承載力.Bahraq 等［89］、Chen 等［90］、張陽等［91］開展了現澆UHPC 側面或U 形加固RC 梁抗剪性能試驗，Sakr等［92］、Tanarslan 等［93］、Said 等［94］開展了預制UHPC板抗剪加固RC 梁試驗，發現側面或U 形UHPC 抗剪加固效果顯著，單側加固效果相對較差，預制UHPC板加固易發生界面脫膠剝離.UHPC-NC 界面黏結性能試驗結果表明，合理處理后的界面黏結強度高，相容性好，可確保UHPC 加固可行且穩定有效.Car?bonell Mu?oz 等［95］、Feng 等［96］、Hussein 等［97］、Zhang等［98］采用斜剪、劈拉和直拉等標準試驗方法研究了UHPC-NC 界面的黏接強度和破壞模式.Jang 等［99］、Zhang 等［100-101］、楊俊等［102］、季文玉等［103］通過推出試驗研究了UHPC-NC 界面的抗剪性能.吳香國等［104］、李文韜等［105］通過直剪、斜剪、軸拉試驗對界面黏結強度以及黏結滑移性能進行研究，研究結果表明UHPC 與NC 界面黏結性能優異，通常表現為界面附近NC 破壞，90 ℃蒸汽養護會引起較大的收縮應力，導致UHPC-NC 界面黏結強度的降低.謝劍等［106］、Carbonell Mu?oz等［95］、Tayeh等［107］開展了氯離子、水、氣體滲透試驗和凍融循環試驗，評估了UHPC-NC 界面的抗滲透性能，證實了UHPC-NC 界面抗滲透和抗凍融性能良好.

同時，UHPC 在橋梁結構領域的應用不斷拓展.據不完全統計，目前UHPC 已應用于主梁、拱圈、橋面板、橋梁接縫、舊橋加固等方面，世界各國應用UHPC 材料的橋梁已超過1 000 座［108］.與此同時，通過大量科學研究和工程應用，成果和經驗的積累已逐步上升為技術標準.2016 年，法國頒布了正式的UHPC 結構設計規范《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］，作為歐洲混凝土結構設計規范的補充規范.該規范的框架結構與現行的歐洲規范完全一致，包括總則、設計基礎、材料、耐久性和鋼筋保護層、結構分析、承載能力極限狀態、正常使用極限狀態、鋼筋和預應力筋構造要求、構件構造要求及特殊規定等內容，給出了詳細而完備的UHPC結構設計方法.2015年，我國頒布了《活性粉末混凝土》（GB/T 31387—2015）［110］，規定了活性粉末混凝土（一種UHPC）的材料性能、原材料、配合比設計原則、生產、性能與評定等要求.此外，美國、瑞士、日本也已頒布了UHPC 材料或結構的相關技術規范或指南.

本文聚焦橋梁結構領域的最新研究進展，介紹了作者研究團隊在UHPC 高性能橋梁結構方面所開展的研究工作，包括：針對重度疲勞開裂鋼橋面危險性大且難以修復等難題，研發了鋼橋面疲勞裂縫免修復的UHPC 加固新結構，有效遏制了疲勞裂縫的擴展風險，大大提升了在役鋼橋的抗疲勞安全性；針對危舊混凝土（NC）梁橋面臨的開裂、滲漏等復雜病害問題，研發了UHPC 加固NC 橋梁新結構，減少了NC 梁橋的病害風險；針對常規鋼-混凝土組合梁橋中混凝土橋面板輕型化的發展需求，提出了UHPC矮肋橋面板結構，大幅減輕了橋面板自重并顯著提升其耐久性；針對大跨徑預應力混凝土（PC）梁橋普遍面臨的腹板開裂、梁體下撓等難題，研發了UHPC大跨徑箱梁結構，變常規三向預應力PC 梁為密集橫隔板單向預應力UHPC 梁橋，降低梁體自重，改善結構受力，減小病害風險；契合裝配式橋梁自重輕、施工便利等優勢，研發了多種裝配式UHPC 橋梁結構，包括中小跨徑UHPC 裝配式橋梁結構、NC-UHPC 組合裝配式橋梁結構、UHPC 裝配式蓋梁結構，既減輕了結構自重、方便預制和吊裝施工，又簡化了接縫節點的施工工藝，豐富了裝配式橋梁的結構形式；針對日益突出的橋梁防撞風險，研發了UHPC 防撞新結構，提升了橋梁防撞結構的綜合性能.本文圍繞上述各類型結構的特點和優勢、理論和試驗研究進展、實際工程應用等內容進行介紹，以期為UHPC 橋梁結構的研發和應用提供新思路.

1 開裂在役鋼橋面UHPC加固新結構

1.1 需求與對策

鋼橋面的局部剛度較低，在重載車作用下易出現疲勞開裂病害［111-114］.我國大跨徑鋼橋建設始于20世紀90 年代，按國際上鋼橋案例經驗，運營約20 年的鋼橋面將出現疲勞開裂高發期，如廣東虎門大橋、武漢軍山長江大橋等均出現了較為嚴重的鋼橋面疲勞開裂現象，因此，我國早期修建的各種鋼橋橋面將陸續面臨疲勞開裂病害問題.

鋼橋面疲勞開裂主要集中在板件焊接及過焊孔處，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，導致橋面局部剛度和承載力持續下降，雨水沿裂紋滲入橋面內部，加速鋼梁銹蝕，嚴重威脅橋梁的安全耐久運營.廈門海滄大橋和武漢軍山長江大橋中此類裂紋分別占鋼橋面全部裂紋的58%［115］和78%［116］，而江陰長江大橋則幾乎全部為此類裂紋［117］.同時，根據相關橋梁的實橋檢測報告［116］，鋼面板中還暗含大量隱形疲勞裂紋，導致鋼橋面疲勞病害問題雪上加霜.

針對上述難題，作者研究團隊提出了用于開裂在役鋼橋面的UHPC 加固新結構［圖1（b）］［57］.用焊有短栓釘的鋼板條強化UHPC 底面，以防止因舊鋼橋面開裂而導致UHPC底面開裂失效.上述UHPC加固新結構具有以下優點：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展趨勢；3）UHPC 層與主結構同壽命；4）自重基本持平，能適應在役大跨徑柔性鋼橋.

圖1 適用于兩種不同應用場景的鋼-UHPC輕型組合橋面結構構造示意Fig.1 Schematic drawings of steel-UHPC lightweight composite deck adaptable to two different conditions

1.2 理論和試驗研究

依托宜昌長江公路大橋，開展了相關理論和試驗研究.經過詳細比選，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算分析Fig.2 UHPC-based strengthening schemes and global finite-element analysis

按照我國《公路鋼結構橋梁設計規范》（JTG D64—2015）［118］規定的疲勞荷載，進行了局部有限元計算分析，以對比純鋼梁和UHPC 加固方案兩種狀態下鋼橋面8 個疲勞細節（圖3）的應力降幅，計算中考慮了鋼面板-縱肋連接處縱向疲勞裂紋長度分別為0 mm 和4 000 mm 兩種情形.計算結果表明，大橋鋼橋面疲勞應力由加固前的55.28～286.81 MPa，降至加固后的12.01～50.34 MPa，降幅達30.63%～95.25%.

圖3 疲勞細節位置Fig.3 Fatigue-prone details

計算中還關注了UHPC 底面橫橋向拉應力隨鋼面板中縱向疲勞裂紋長度的變化規律.結果表明（表1），一旦鋼面板出現長縱向裂縫，UHPC 底面的橫向拉應力將陡然增加.因此，如果不設鋼板條，UHPC底面的橫向抗拉強度將難以滿足實橋受力要求.

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

為了驗證UHPC 加固方案應用于實橋的安全性，分別開展了鋼-UHPC 輕型組合橋面加固結構橫橋向、縱橋向及大型足尺模型試驗，以充分論證結構的靜力和疲勞性能，共完成了32 個構件試驗和1 個大型足尺模型試驗，如圖4所示.

圖4 作者研究團隊所開展的模型試驗Fig.4 Photographs of experimental tests accomplished

橫橋向抗彎試驗結果表明（圖5），在UHPC 底面增設橫向鋼板條能夠有效限制裂縫的萌生和發展，顯著提高了UHPC 的橫橋向抗裂性能.同時，縱向構件抗彎試驗表明，鋼-UHPC 組合梁的破壞模式為U肋底部屈曲，而此時UHPC 層的最大裂縫寬度僅為0.04 mm，對應的名義開裂應力達到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是一種以改性環氧樹脂為膠結劑，以堅硬耐磨玄武巖為集料的高性能超薄鋪面結構，其總厚僅10 mm，有效減輕了鋪裝自重.研究中開展了UHPC-TPO 復合構件的界面黏結性能試驗（圖6），結果表明，兩者間具有較高的抗剪強度和抗拉拔強度（表2），能夠滿足長期服役下的界面受力要求.

表2 界面性能試驗結果及對比Tab.2 Interfacial test results and comparison

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

1.3 工程應用

繼軍山長江大橋2018年成功應用之后［119］，本加固結構于2021 年第二次應用于跨長江大橋——宜昌長江公路大橋.該橋是滬渝高速公路（G50）在湖北省宜昌市境內跨越長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，至今已運營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，無吊索橫隔板厚10 mm，有吊索橫隔板厚12 mm，每兩道橫隔板梁之間設有一道高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 宜昌長江公路大橋Fig.7 Photograph of the Yichang Yangtze River Highway Bridge

宜昌長江公路大橋的鋼橋面于2014 年發現疲勞開裂現象，根據第三方2016 年檢測結果，大橋整體狀況較好，但鋼橋面疲勞裂紋發展迅速，導致鋼箱梁評分最低，亟須進行裂縫病害處置.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，且修復后短期內復裂的風險大，經相關部門評審、批準，宜昌大橋采用該技術對鋼橋面進行全面升級改造，以期根本性改變已開裂鋼橋面板的受力狀態，并同步延長橋面磨耗層的壽命.

實橋維修加固工程于2021 年8 月5 日開始，12月4 日結束并開放交通.分兩次分別澆筑上、下游幅橋面，在開始澆筑UHPC 至蒸養結束的時段內封閉全橋交通（約7 d），其他工序時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 從跨中往兩端對稱澆筑，實現了約20 h 單次澆筑10 250 m2的高效施工新紀錄.TPO 施工前，先對UHPC 表面拋丸糙化處理，隨后分兩次攤鋪膠結劑和集料，即首先在UHPC 層上刷涂第一層樹脂，撒布第一層集料，然后重復進行第二層樹脂和集料的鋪筑.TPO 施工工藝控制嚴格，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 需求與對策

目前我國橋梁總數已超過100 萬座，其中大部分為混凝土橋梁.設計等級偏低、交通量激增、重/超載、環境侵蝕等導致混凝土橋梁出現了嚴重開裂、鋼筋銹蝕、性能劣化等突出病害.據統計，我國約40%的橋梁服役超過20 年，其中三、四類橋占比達30%，危橋超過10 萬座.然而現有加固技術無法兼顧加固效率、施工便捷、經濟性和耐久防護，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］；預應力加固技術工序復雜，存在錨固點應力集中，體外索易腐蝕和振動疲勞等突出問題［121］；增大截面法使用的普通混凝土（Normal Concrete，NC）或聚合物砂漿強度有限，加固效率偏低.因此針對危舊橋梁改造的迫切需求，研發高效、耐久、防護的新型加固技術迫在眉睫.

UHPC 是一種兼具超高力學性能和超強耐久性的高性能水泥基材料，具有多元開裂特性和遠超普通混凝土的拉伸韌性［122］，其抗滲性、抗凍融、耐磨和耐化學腐蝕等耐久性指標也遠強于NC［123-124］.UHPC與NC相容性好，二者界面黏結穩定可靠、強度高.自密實UHPC 施工性與可模性好，超細組分可修補RC結構表層較寬的裂縫.因此將UHPC 應用于加固修復可實現結構增強和耐久防護的雙重功效［76］.作者研究團隊提出了一系列預應力/鋼筋-UHPC 加固RC結構方案，系統研究了UHPC-NC 界面黏結性能與基于UHPC的新型加固技術.

2.2 理論和試驗研究

2.2.1 UHPC抗彎加固RC板

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

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

試驗結果表明，在負彎矩作用下，UHPC 加固層有效抑制了箱梁頂板初始裂縫的進一步發展，UHPC加固板開裂荷載及極限荷載分別提升至未加固對照板的2 倍和2.5 倍；在正彎矩作用下，與對照板相比，UHPC加固層對開裂荷載無明顯提升作用，但有效抑制了試件后期撓度及裂縫的發展，加固板極限承載能力提升了30%.此外，本研究還通過理論分析，提出了考慮UHPC應變硬化效應的UHPC加固RC板開裂荷載、極限承載力計算公式，并通過此試驗以及已有研究的試驗結果驗證了計算模型的準確性.

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，通過鋼纖維表面粗糙化處理、UHPC 高溫蒸汽養護、鋼纖維定向處理及增配鋼絲網等手段對UHPC 進行增韌處理并將其用于RC 梁受拉區加固［81］.通過1 根RC對照梁及12根RC加固梁抗彎試驗重點研究了不同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 層增設鋼絲網、纖維定向處理和蒸汽熱養護）對加固梁受彎性能影響.如圖10所示，RC梁長2 300 mm，寬200 mm，高300 mm，經預壓損傷處理后采取配筋UHPC 加固，加固厚度設為50 mm，其內部配置4 根?10 縱向受拉鋼筋.

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

試驗結果表明UHPC 加固梁均表現為典型的彎曲破壞，破壞前UHPC 加固層與RC 梁的整體工作性良好、未出現界面剝離破壞；與RC對照梁相比，經配筋UHPC 加固后試驗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，而增設鋼絲網、纖維定向處理和熱養護等UHPC 增韌措施能進一步提高加固梁抗裂和抗彎性能，其中增設鋼絲網對于提高加固梁的工作性能最為有效.本研究同時提出了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化塑性理論，考慮了RC 梁損傷程度對加固梁極限承載力的影響，可用于準確預測不同損傷程度UHPC加固梁的極限承載力.

2.2.3 預應力UHPC抗彎加固RC梁

針對重度開裂或需提高荷載等級的危舊橋梁，提出了預應力-UHPC加固RC梁新方法［127］.通過1根RC 對比梁（CB）及3 根RC 加固梁的四點彎曲試驗重點研究了配筋UHPC 加固（RU）以及預應力加固（PU）對試驗梁抗彎性能的影響.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的預應力鋼絞線.

圖11 先張法預應力UHPC加固RC梁受彎性能試驗Fig.11 Experimental study of RC beam strengthened by pretensioned prestressed UHPC layer

試驗結果表明加固梁均為彎曲適筋破壞，其UHPC-RC 界面黏結牢靠，無剝離現象發生；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.

基于試驗現象及分析結果提出了考慮預應力作用以及UHPC 約束收縮效應的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算公式，并通過試驗結果驗證了理論模型的準確性.

2.2.4 UHPC抗剪加固RC梁

針對大跨連續梁、連續剛構、箱梁、T梁等薄腹混凝土梁橋腹板斜向開裂問題，提出采用高強鋼絲網-UHPC 薄層加固損傷RC 梁腹板，以提高其抗剪性能［91］.通過1 根RC 對比梁及1 根UHPC 加固梁的三點彎曲試驗驗證了高強鋼絲網-UHPC 薄層抗剪加固的有效性.如圖12 所示，試驗所設計的RC 原梁為工字形截面梁，梁長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 的鋼筋以增強受壓區；箍筋采用?8 mm雙肢箍，箍筋間距200 mm，箍筋配筋率ρsv為0.359%.加固所用現澆UHPC的鋼纖維體積摻量為3%，澆筑在腹板兩側，澆筑厚度為20 mm，采用?3 高強鋼絲網，網格尺寸為100 mm×100 mm.擬加固RC 原梁先進行三點彎曲靜力加載，剪跨段長度為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到0.20 mm后卸載加固.

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

試驗研究結果表明：采用鋼絲網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.UHPC層與NC界面黏結良好，未發生剝離破壞.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在極限荷載下無明顯壓潰痕跡，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加固既有混凝土結構，其界面的黏結性能是保證加固效果的關鍵.受材料性能差異與構件受力模式等因素影響，UHPC-NC 界面的受力狀態十分復雜，為探究不同因素對UHPC-NC 界面黏接性能的影響，采用斜剪、劈拉和直拉等標準試驗方法研究了UHPC-NC 界面的黏接強度和破壞模式［98］，如圖13（a）所示，其中斜剪試驗采用100 mm×100 mm×300 mm）的棱柱體試件，界面傾斜角度為30°，劈裂試驗采用直徑150 mm×高300 mm 的圓柱體試件，直拉試驗的構件尺寸與斜剪試驗相同，界面與拉伸方向垂直；設計了一種雙面抗剪推出試驗［100-101］，如圖13（b）所示.通過試驗研究探討了NC強度、界面處理方式、濕潤度、UHPC 養護條件、UHPC 齡期、界面劑、膨脹劑以及界面復合受力狀態等因素對UHPC-NC界面抗剪強度的影響.

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

研究結果表明，無論采用上述何種測試方法，均表現出優異的界面黏結性能.UHPC-NC 界面黏接強度都明顯高于NC-NC 界面，試件破壞通常表現為界面附近NC 破壞、少有純界面破壞；UHPC-NC 界面抗剪強度隨著NC 表面粗糙度、NC 強度和濕潤度、UHPC 養護齡期的增大顯著增加；UHPC-NC 界面黏結強度在早期發展迅速，在UHPC 養護齡期為28 d時幾乎達到其峰值.90 ℃蒸汽養護會引起較大的收縮應力，導致界面收縮附加應力增大，在一定程度上降低界面黏接強度；壓-剪受力顯著提升界面抗剪強度，拉-剪受力嚴重削弱界面抗剪強度；界面增設剪力鍵可以顯著提高界面抗剪強度.環氧基界面結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度.UHPC 中膨脹劑的加入導致UHPC-NC界面早期黏結強度發展緩慢.

基于試驗結果，根據摩擦抗剪機理，在莫爾強度理論下提出了規范修正后的界面抗剪承載力計算公式［（式（1）］，公式考慮了UHPC 收縮、界面處理方式、植筋、界面受力狀態等因素，對界面黏接強度系數c值和摩擦系數μ值進行了修正，其中fctd為混凝土抗拉強度設計值，σn為垂直于界面的法向應力.

2.3 工程應用

近年來，一些混凝土橋采用了橋面鋪裝UHPC加固技術.赤石大橋（圖14）、上海市新衛高速江家浜橋、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 鋪裝層進行加固，橋面加固層養護完成后無裂縫出現，結構剛度和整體性全面增強，橋面平整度、強度均滿足設計要求.滬嘉高速蕰藻浜大橋橋面采用5～20 cm 厚的UHPC加固層對該橋橋面板下部進行加固，降低了橋面板橫向應力.

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工程采用了UHPC 加固技術.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，采用了鋼模外包內填UHPC 加固.廣州新化快速路長洲大橋遭受火災，其中一跨的3 條火損梁預應力T梁混凝土表面剝落深度最大達到3.5 cm，鋼筋裸露，在清除損傷的混凝土后，采用UHPC 對受損部位進行加固補強處理.武漢三環線部分橋梁受重載交通持續作用出現病害，采用UHPC 對病害腹板與底板進行了維修加固，如圖15所示.

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

3 UHPC矮肋橋面板結構

3.1 需求與對策

傳統鋼-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，以充分發揮兩種材料的力學性能.由于其結構受力合理，使得組合后的性能要優于兩種材料性能簡單的疊加，從而具有良好的技術和經濟效益、良好的耐久性以及施工便捷、行車舒適等優點，在主跨600 m以下范圍內具有較強的競爭力.應用于更大跨徑橋梁時，相比鋼梁，組合梁自重偏大.成為制約鋼-混凝土組合梁進一步發展的主要技術瓶頸.

為降低自重，減少運維成本，作者團隊依托湖南益陽青龍洲大橋工程，提出了適用于大跨徑組合結構橋梁的UHPC 矮肋橋面板，如圖16所示，其構造特點為：在降低橋面板自重的同時，確保其有足夠的剛度，并盡可能簡化構造，方便施工，確保質量［128-129］.

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

3.2 理論和試驗研究

UHPC 矮肋橋面板首次應用于湖南益陽青龍洲大橋，該橋是一座主跨260 m 的自錨式組合梁懸索橋.對大橋進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，并對矮肋板及其接縫進行了模型試驗研究.

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UHPC 矮肋板橫向足尺條帶試驗模型（224 cm 長×68 cm 寬×22 cm 高，縱肋間距68 cm），并開展了橫向抗彎試驗，掌握了UHPC 矮肋板的橫向開裂強度、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程可以分為三個階段：線彈性階段、裂縫發展階段以及屈服階段.破壞模式為UHPC 頂板內的受彎鋼筋屈服.當UHPC 頂板底面裂縫寬度為0.05 mm 時，橫向抗彎構件的平均開裂強度為12.7 MPa，是實橋UHPC 矮肋板橫向抗彎設計拉應力值（2.55 MPa）的4.98倍.因此，UHPC 矮肋板具有良好的受力性能，能夠滿足實橋抗裂性能設計要求.

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

同時，制作了一個橫向濕接縫構件，開展了三點抗彎試驗，如圖19 所示.試驗中接縫構件的計算跨徑為290 cm，重點觀測的橫截面主要包含三類，如圖19（c）所示.UHPC 接縫處的破壞過程如下，首先彎拉裂縫出現在Ⅰ類截面處，隨后Ⅱ、Ⅲ類截面處也相繼出現彎拉裂縫，但整個試驗過程中，最大裂縫寬度始終出現在Ⅰ類截面處，最后在豎向荷載達到255 kN時，構件在Ⅰ類截面處折斷破壞，破壞模式屬于延性破壞.同時，當特征裂縫寬度達到0.05 mm時，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類截面處的開裂強度分別為6.02 MPa、10.18 MPa和17.67 MPa，均高于實橋橫向濕接縫抗彎設計拉應力值（5.88 MPa）.因此，試驗結果表明，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Fig.19 Experimental test for the bending behavior of the transverse wet joint

3.3 工程應用

青龍洲大橋的UHPC 矮肋橋面板于2020 年施工，分為廠內預制施工和現場接縫施工.其中，廠內預制施工流程包括4個施工環節：1）UHPC材料生產；2）預制橋面板澆筑；3）高溫蒸汽養護；4）存放運輸.

現場濕接縫施工如圖20 所示，主要包括以下環節：1）吊裝擺放預制橋面板；2）濕接縫處安設補強鋼筋；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）濕接縫蒸汽養護；5）全橋橋面板上表面拋丸糙化，鋪設橋面鋪裝層及上部其他結構，完成橋面板結構全部施工.

圖20 青龍洲大橋現場橋面板濕接縫施工Fig.20 In-site construction of wet joint for the Qinglongzhou Bridge

4 UHPC大跨徑箱梁結構

4.1 需求與對策

預應力混凝土（Prestressed Concrete，PC）箱梁橋具有結構簡單、施工便捷、造價較低等優點，廣泛應用于60～300 m 跨徑范圍的橋梁［130］.然而，大量工程實踐表明，已建大跨PC 箱梁橋在運營過程中普遍存在主跨過度下撓、梁體開裂和懸臂澆筑施工周期長等問題［131-133］.1997 年建成的虎門大橋輔航道橋，2004 年其跨中下撓已達22 cm（原設計預留值僅為10 cm），同時也存在一些橫向裂縫和斜裂縫.此外，由交通部公路科學研究院對我國公路系統主要PC箱梁橋（主跨大于60 m，約180 座）的一次裂縫統計結果表明［132］：梁體開裂主要包括主梁上出現斜裂縫、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.從總趨勢來看，PC 箱梁橋100%開裂，且開裂病害嚴重，具有普遍性［131］.

針對傳統PC 箱梁橋的主要病害和不足，作者團隊基于UHPC 高強的力學性能、優異的耐久性和良好的體積穩定性，提出了新型全裝配式單向預應力UHPC 薄壁箱梁橋方案［134］，如圖21 所示.與傳統PC箱梁橋結構相比，該結構具有以下特點：1）上部結構自重降低50%左右；2）設置密集橫隔板（3～5 m 一道）對頂板、腹板和底板加勁，并方便體外預應力束的錨固和轉向；3）簡化預應力體系，取消傳統PC 箱梁橋的豎向和橫向預應力，只采用縱向預應力；4）鑒于UHPC 箱梁結構高溫蒸養后無后期收縮，UHPC 箱梁結構宜采用預制拼裝的施工工藝，以便保證施工質量并縮短施工周期；5）UHPC 的低徐變特性使得UHPC 箱梁的長期徐變變形僅為PC 箱梁橋的15%［135］；6）UHPC 材料的高抗拉強度可大幅提高結構的抗裂性能.

圖21 裝配式UHPC箱梁橋結構示意Fig.21 Structural diagram of fabricated UHPC box girder bridge

4.2 理論和試驗研究

作者課題組提出了400 m 級單向預應力UHPC連續箱梁橋概念設計（其關鍵斷面如圖22 所示），并開展了一系列基礎研究.

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

根據我國公路橋梁設計規范規定的荷載組合，對400 m 級單向預應力UHPC 連續箱梁橋方案進行了有限元計算［136-137］以及全壽命成本分析［138］.結果表明：在不設置橫向和豎向預應力時，墩頂主梁的腹板最大拉應力為2 MPa，能夠滿足斜截面抗剪承載能力的要求；同時，基于箱梁的畸變、剪力滯效應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4 種橋梁體系進行對比（以100 年設計周期為基準），如圖23所示，除主跨420 m 的拱橋外，其余三種結構體系全壽命經濟性不如裝配式UHPC箱梁橋.

圖23 全壽命成本Fig.23 Life cycle cost

為了進一步揭示裝配式UHPC 連續箱梁橋的力學特點和局部構件的受力性能，本課題組開展了裝配式UHPC 箱梁橋雙懸臂梁結構的3∶20大型縮尺模型試驗［139-143］［圖24（a）］，分別對UHPC 箱梁接縫、扭轉畸變、橋面板受力等方面進行了探討；同時，還開展了雙懸臂UHPC 梁徐變試驗［圖24（b）］［139］、UHPC橋面體系1∶2 縮尺模型試驗［圖24（c）］［144］、UHPC 肋塊式轉向塊足尺模型試驗［圖24（d）］［145］和UHPC 箱梁腹板3∶20 縮尺模型試驗［圖24（e）］［140］，試驗結果表明：a）密集橫隔板能提高接縫抗剪能力，接縫角趾開裂應變達到455 με，抗裂安全度可達1.63.此外，當橫隔板數量從三塊增加到四塊后，箱梁扭轉畸變應力下降了38%，豎向位移降幅為42%.相較于傳統橋面板的受力特點（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 倍設計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肋塊式轉向塊其破壞模式主要表現為橫隔板壓潰，其抗裂系數可取為3.7；e）橫隔板對腹板具有較好的加勁作用，設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力為8.3 MPa，400 m UHPC 連續梁橋的腹板抗裂安全度為1.8.

圖24 400 m級UHPC連續箱梁橋試驗Fig.24 Test of 400 m grade UHPC continuous box girder bridge

基于上述基礎研究成果，作者研究團隊首次將所提出的裝配式UHPC 薄壁箱梁結構應用于廣東省英德市北江四橋大站鎮岸跨堤引橋，其上部結構為單跨102 m 單向預應力UHPC 簡支箱梁橋.為保證該結構整體和局部受力的安全性以及構造的合理性，對該橋進行了整體和局部有限元分析（圖25），并進一步對UHPC 箱梁橋整體抗彎（剪）性能和局部構件（橋面板、轉向塊、接縫和齒鍵等）展開了相應試驗研究.

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

為探究節段預制拼裝UHPC 箱梁橋的整體抗彎性能，制作了1∶4 全橋縮尺模型（9 個箱梁節段、每個長1 m）進行四點抗彎試驗［146］，如圖26 所示.試驗結果表明：單向預應力UHPC 箱梁具有較好的延性，依據試驗結果換算得到的實橋結構抗彎承載力為依托工程設計值的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Fig.26 Integral bending test of UHPC box girder bridge

同時，根據實橋優化尺寸，開展了UHPC 箱梁橋面體系的1∶2縮尺模型試驗［147］［圖27（a）］，試驗結果表明UHPC 箱梁橋面體系在6.3 倍設計車輛局部輪載作用下，仍處于線彈性受力范圍內，承載能力極限狀態下，名義拉應力試驗值是設計值的3.09 倍.此外，根據有限元分析結果，選擇應力最大的UHPC 轉向塊進行1∶2縮尺模型試驗［148］［圖27（b）］，驗證了實橋所采用的UHPC 橫隔板式轉向塊其安全儲備系數為6.51.為了探明兩片箱梁間的縱向濕接縫以及預制節段間橫向干（膠）接縫的力學性能并優化其構造，分別開展了6塊UHPC 濕接縫板的橫橋向抗彎性能試驗［圖27（c）］和9個UHPC鍵齒膠接縫的縱橋向抗剪性能試驗［圖27（d）］，試驗結果表明：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，可以滿足局部構造強度高于母材的設計要求；相對而言，實橋采用的菱形濕接縫（未加厚處理）其力學性能最差，其極限承載力只有整體板的44.2%，但仍能滿足實橋設計要求，抗裂系數達到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造形式方面只與接縫面面積及鍵齒根部面積有關，建議盡量采用大鍵齒來簡化施工工藝.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簡支箱梁橋試驗Fig.27 Test of 102 m UHPC simply supported box girder bridge

4.3 工程應用

廣東省英德市北江四橋大站鎮岸跨堤引橋采用裝配式單向預應力UHPC 箱梁結構，建成之后將成為世界上最大跨徑、國內首座大跨公路UHPC 簡支箱梁橋（單跨跨徑102 m）.該橋上部結構橋寬37 m，梁高4 m，橫向分為分離兩幅橋，每幅橋由兩個單箱組成，兩個單箱之間采用UHPC 現澆濕接縫形成整體，如圖28（a）所示.UHPC 箱梁具體尺寸如圖29 所示，單個箱梁頂寬8.825 m，底寬6 m，頂板外側懸臂長1.5 m，內側懸臂長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.每個單箱沿縱向分為25個預制節段（兩個端部節段及23個標準節段），端部節段長5 m，其余節段長4 m.節段間采用鍵齒膠接縫連接如圖28（b）所示，結構膠應保證在不小于0.3 MPa壓應力條件下固化，且涂抹厚度不宜超過3 mm.該橋縱向按照全預應力構件設計，混凝土強度等級為R120.

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

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

該橋采用長線法節段預制拼裝工藝并于2020年開始施工，其主要施工流程如圖30 所示.目前該橋已經完成上部結構UHPC 薄壁箱梁的全部預制拼裝，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施，預計2022年12月通車.

圖30 102 m UHPC簡支箱梁橋施工過程Fig.30 Construction process of 102 m UHPC simply supported box girder bridge

5 中小跨徑UHPC裝配式橋梁結構

5.1 需求與對策

在我國，混凝土預制梁橋（T 形、空心板）具有結構簡單、受力明確、架設方便等優點，廣泛應用于中小跨徑公路橋梁.然而，傳統混凝土預制梁橋整體性差、耐久性低、自重相對較大等問題日益突出.此外，部分混凝土預制梁橋還存在預應力反拱不均的問題，施工質量難以保證，影響橋梁正常使用.

針對上述傳統混凝土預制梁橋的問題，作者研究團隊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，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“T”形梁和其支撐的橋面板整體預制而成，而“π”形梁之間的縱向接縫（受力薄弱環節），可采用局部加高的“T”形接縫，達到局部構造強度高于母材的設計要求，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度，中等跨徑的裝配式UHPC“π”形梁橋可取消預應力束，預應力反拱不均的問題將不復存在，從而簡化施工并保證質量.此外，朱波［150］參考國內外30 m 級裝配式UHPC“π”形梁橋工程實例，對比發現UHPC“π”形梁橋其自重僅為傳統混凝土T 梁橋的70%，且其全生命周期成本遠低于混凝土T 梁橋.宋林等［151］在進行裝配式UHPC“π”形梁橋設計計算時，通過對比現有國內UHPC 標準［110］與法國UHPRFC 標準［109］，建議根據法國UHPFRC規范計算其收縮徐變.

5.2 理論和試驗研究

為探究30 m 級裝配式UHPC“π”形梁的力學性能，團隊成員設計兩根1∶2 縮尺T 梁模型（“π”形梁的一半），并分別開展其抗彎、抗剪力學試驗，如圖32所示.

圖32 現場試驗圖Fig.32 Field test drawing

試驗結果驗證了UHPC“π”形梁的初裂應力及承載能力均能滿足工程要求，依據法國規范計算，其相應荷載下的裂縫寬度大于試驗實測值，證實了裝配式UHPC“π”形梁橋的可行性［149］.

同時，為研究UHPC“π”形梁橋縱橋向現澆接縫的力學性能，設計并制作了濕接縫足尺模型進行四點抗彎試驗，如圖33 所示.接縫模型縱橫肋相交位置最先開裂，按彈性理論計算得到其開裂應力為12.2 MPa，大于橋面板計算最大橫向拉應力10.78 MPa，設計接縫強度滿足橋梁的受力要求，同時也滿足局部構造強度高于母材的設計要求.

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

6 UHPC-NC組合裝配式橋梁結構

6.1 需求與對策

盡管UHPC 結構在受力性能和耐久性上表現優異，但現階段其綜合造價對于一般中小跨徑橋梁不具有競爭性的優勢.為了降低工程造價，將普通混凝土（Normal Concrete，NC）代替部分UHPC 所形成的UHPC-NC 組合結構逐漸得到廣泛應用.組合梁的上部由預制或者現澆的NC 制成，兼作橋面板，承擔縱向壓應力；組合梁下部的UHPC 承擔拉力，利用UHPC 優異的裂縫控制能力［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，熱膨脹系數相近，能保證兩者在不同環境下協同受力.因而，兩種材料各盡所能、協同工作，既保證了受力的技術優勢，又保證了經濟效益［154］.

對于中小跨徑UHPC 梁橋，為了避免預應力反拱不均，保證施工質量，UHPC-NC 組合梁橋可以設計成非預應力結構，以充分發揮UHPC 優異的受拉應變硬化特性.對于非預應力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，密集布置的鋼筋會使得UHPC 中鋼纖維局部分布不均，從而導致UHPC 保護層及鋼筋間隙間的鋼纖維含量偏低或鋼纖維不連續，進而引起鋼纖維“橋接作用”局部失效.基于此，作者團隊提出了一種鋼板-UHPC-NC 新型組合梁橋，如圖34 所示.該橋型其主梁利用在UHPC 梁底設置加強鋼板代替梁內部分受拉鋼筋，可有效抑制UHPC 梁體的裂縫發展，提高其抗裂性能.該橋型因其具備高抗裂能力，可不設預應力鋼束，故該橋型不僅能保證受力而且還能簡化工藝，保證質量.

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

6.2 理論和試驗研究

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

圖35 試驗模型示意圖（單位：mm）Fig.35 Schematic drawing of the test model（unit：mm）

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

試驗梁的荷載-跨中位移曲線如圖37 所示.由圖可見，在試驗荷載作用下，組合梁的加載過程可以分為三個階段：1）線彈性階段：加載初期荷載較小，鋼板與UHPC 均未達到屈服應變或開裂應變，梁體處于線彈性受力階段.2）裂縫發展階段：當試驗荷載達到97 kN 時，受拉區UHPC 內部開始出現了微裂縫，試驗梁進入裂縫發展階段.加載至403 kN 時，底板裂縫寬度達到0.05 mm（該寬度滿足耐久性要求），此時對應的名義應力為21.88 MPa.3）試驗荷載達到845 kN時，試驗梁發出響聲，承載能力迅速下降，同時試驗梁主裂縫急劇擴大，位移不斷增加，結束加載.

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

UHPC和NC之間結合面在試驗中未發生滑移破壞，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，鋼板與UHPC 主梁之間未發生較大滑移，未發展成剪切破壞面，說明采用栓釘抗剪連接件，滿足結合面抗剪能力要求.

6.3 工程應用

廣東省清遠市三洲壩橋，如圖38 所示，上部結構采用5 跨30 m 的簡支梁橋，橋寬7.5 m，按雙向兩車道設計，設計時速為20 km/h，設計荷載標準為公路-Ⅱ級，橋梁安全等級為二級.該橋上部結構采用鋼板-UHPC-NC 組合結構，采用預制鋼板-UHPC 主梁，現澆C50 橋面板的施工方法.其中，預制鋼板-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，支點附近腹板加厚至20 cm，C50 橋面板厚16 cm，如圖39 所示.端部現澆橫隔板、預制UHPC 主梁和現澆NC 橋面板連接構造如圖40 所示.該橋的應用，對于中小跨徑橋梁，尤其是城市橋梁及農村公路改造，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橋面板連接構造示意圖Fig.40 Schematic drawing of the end diaphragm and NC deck

7 UHPC裝配式蓋梁結構

7.1 需求與對策

裝配式橋梁是我國土木領域的重大戰略發展方向.目前，橋梁上部結構和橋墩的預制裝配技術已趨于成熟并大量應用，但橋梁的下部結構施工仍以現場澆筑為主，該部分施工工期占現場施工的50～60%以上，現澆蓋梁施工過程中對周圍環境和居民的影響較大，并且需要阻斷交通，造成一定的經濟損失.如果下部結構也采用裝配式施工，則可以極大地縮短工期，實現橋梁的快速化施工.但是，蓋梁導致下部結構難以實現全裝配式施工，其主因是常規混凝土（NC）預制蓋梁質量過大，可達200～400 t，對于大規模蓋梁（30 m 以上），其自重甚至能達到500 t 以上，運輸和吊裝困難很大.此外，常規混凝土蓋梁的耐久性較差，其在服役期間易出現開裂、混凝土剝落和材料強度退化等問題.

實現蓋梁的輕型化并提升其耐久性，是裝配式橋梁一個亟待解決的問題，而這卻是混凝土結構無法擺脫的弊病.要實現蓋梁的輕型化并滿足裝配式施工，高性能材料的應用是一個解決思路，UHPC 可以很好地解決這一技術難題，并使其具有更好的受力性能和耐久性.對于中小型蓋梁，湖南大學UHPC橋梁研究團隊［155-156］提出了全預制輕型UHPC薄壁蓋梁方案，可以實現蓋梁的一次吊裝到位.而對于大型蓋梁（長度30 m 以上），全預制UHPC 蓋梁方案也會有較大的自重，由此研究團隊進一步提出了UHPC外殼+NC 內芯組合蓋梁，僅需吊裝7 cm 厚的UHPC外殼，將UHPC 外殼作為模板吊裝就位，然后澆筑內芯混凝土，最后實現結構的整體受力.

7.2 理論和試驗研究

7.2.1 全預制輕型UHPC薄壁蓋梁

全預制輕型UHPC 薄壁蓋梁方案的設計理念是：根據長沙市湘府路改造工程的蓋梁原結構形式，采用變截面薄壁箱梁結構，六邊形截面.采用UHPC材料，充分利用其超高強度、優異的耐久性，維持傳統混凝土蓋梁結構外形，將實心結構改為薄壁結構（壁厚控制在20～30 cm），較大的挖空率可以減少自重40%以上，可實現一次性吊裝到位；并布置少量的預應力筋，實現一次張拉完成，極大地減少現場施工工序，從而實現全預制拼裝的工藝要求.具體的結構布置結合模型設計尺寸進行說明.

為探究這種新型結構形式的安全性和可行性，設計并完成了兩片相似比1∶2 的大比例模型加載試驗，對結構的正截面抗裂、抗彎承載力、斜截面抗裂和抗剪承載力展開了研究和分析，并通過有限元分析進行了驗證.試驗蓋梁的基本構造如圖41 所示，為方便模型制作，將截面縮簡為四邊形，作為安全儲備.模型全長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、底板標準段厚0.125 m；腹板標準段厚度為0.1 m.試驗蓋梁為部分預應力UHPC 構件，共配置19 根1×19S 型緩黏結預應力鋼絞線，采用后張法施工，張拉控制應力為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 全預制輕型UHPC薄壁蓋梁構造圖（單位：mm）Fig.41 Overview of the prefabricated lightweight thin-walled UHPC bent cap（unit：mm）

模型試驗的目的是研究蓋梁的抗彎和抗剪性能，對抗彎而言，純彎段跨中截面為最不利截面；對抗剪而言，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.綜合考慮試驗條件和試驗目的，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）

抗彎和抗剪試驗的主要結果如圖43、圖44 所示.抗彎試驗臨界開裂荷載為1 150 kN 時，產生寬度為0.05 mm的裂縫，此時對應原結構承受1.23倍頻遇組合作用；極限荷載為2 450 kN 時，對應原結構承受1.7 倍基本組合作用.抗剪試驗的臨界開裂荷載為1 430 kN，對應原結構承受1.2 倍頻遇組合作用；極限荷載為3 200 kN 時，對應原結構承受1.7 倍基本組合作用.試驗結果證明其具有十分優異的超載能力、抗裂、抗剪和抗彎性能、變形能力，結構設計具有很高的安全度，完全可以應用于實際的工程設計.

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

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

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

根據試驗結果和理論分析，在進行預應力UHPC蓋梁設計時，建議適當增加預應力筋用量、減少普通鋼筋和箍筋用量，提高結構抗裂性能，并能提高結構抗彎和抗剪承載能力，同時還能有效增加UHPC 流動空間，有利于增加其密實度.通過試驗總結UHPC蓋梁的施工建議如下：蓋梁模型在澆筑時，封閉內模承受較大的浮力，必須采取防上浮措施；如果結構配筋較多，澆筑UHPC時須適當振搗，確保其密實性.

7.2.2 UHPC外殼+NC內芯混凝土組合蓋梁

全預制UHPC 蓋梁方案主要適用于中小型蓋梁結構，以及運輸和吊裝設備條件較好的情況.對于大規模蓋梁（長度30 m 以上），搭設支架施工費用高，施工風險較大.采用預制蓋梁方案則存在著超限運輸、安裝設備要求高、蓋梁分段后現場連接困難等問題，這對城市橋梁工業化技術和綠色建造技術的推廣帶來了較大的制約.

針對上述超大規模蓋梁工業化生產、運輸和吊裝的問題，團隊提出了一種預應力UHPC 外殼-NC內芯組合蓋梁，如圖45 所示，包括預制UHPC 外殼（僅70 mm 厚）、縱向和豎向加勁鋼板、內設型鋼框架及內芯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，外殼（UHPC、鋼板、框架）在工廠整體預制，張拉初期預應力后運輸至現場安裝，墩頂就位后澆筑內芯NC 混凝土、強度達到后張拉后期預應力，形成整體.安裝過程無須搭設臨時支架，且外殼吊裝質量輕（<120 t），預制裝配化程度高.

圖45 UHPC外殼+NC內芯混凝土組合蓋梁Fig.45 UHPC shell+NC composite bent cap

該蓋梁UHPC 外殼不僅起到結構的作用，也兼具模板的作用，考慮到吊裝重量，UHPC外殼較薄，無法布置普通鋼筋，其抗剪性能在一定程度上需要加勁鋼板提供.目前，研究團隊針對這一結構形式的力學性能，正在開展相關的理論分析和試驗研究.

8 UHPC防撞結構

8.1 需求與對策

隨著我國交通系統的日益完善，RC 橋梁在服役期間易遭受來自車輛、船舶、滾石等其他物體的側向撞擊［4］.由于撞擊荷載具有局部化、高強度、瞬態化的特點，以及混凝土自身的脆性，橋梁結構在撞擊荷載下往往表現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重要原因［158-159］.

提高橋梁結構抗撞性能的途徑一般有兩種，其一是利用高性能材料來提高橋梁結構的自身抗力，例如采用UHPC對橋墩進行局部的增強增韌［160］或直接采用UHPC 橋墩［161］，但這種“硬抗”的方法不利于同時保護橋梁結構和撞擊物（尤其車輛、船舶等載人撞擊物）；另一種則是借助外部防撞結構來降低橋梁結構的碰撞響應［162-178］.例如，針對傳統鋼套箱，Wang等［168］、Jiang 等［169］、Fan 等［164］開展了試驗和數值研究，結果表明鋼套箱可顯著降低撞擊力峰值并增大撞擊力持時，但在高能量船撞下，鋼套箱易發生局部塌陷，進而導致橋梁結構的動力響應不減反增，針對該缺陷，Fan 等［164］提出在鋼套箱外圍增設RC 面板的構造措施.Wang 等［170］提出了一種“鋼絲繩圈+鋼架”的防撞裝置，其兼具耗能與導向功能，但當船舶初始動能較高或船首剛度較大時，船舶會卡在裝置內而無法實現撥轉船頭的預期功效［171］.由于防船撞裝置的服役環境惡劣，面臨嚴峻的腐蝕退化和耐久性問題，諸多學者提出了不同形式的高性能復合防撞套箱，其中纖維增強復合材料較為常用［162，172-174］.在橋梁結構的防車撞和滾石撞擊方面，防撞裝置的構造設計與防船撞裝置的類似，其設計目標都是使防撞裝置具備穩定、較強的消能能力.Pan 等［175-176］提出了一種“U 形鋼板+玻纖增強復合蜂窩管”防撞裝置，通過水平車撞試驗檢驗了該裝置的防撞效果，并強調防撞裝置的尺寸應適應耗能需求.Yan等［177］設計了5種“鋼板+泡沫”的耗能芯層結構，用于橋梁的防泥石流沖擊.綜上所述，精心設計的防撞結構可吸收大量的碰撞動能，充當可犧牲的“保險絲”，具備同時保護橋梁結構與撞擊物的潛力，而設計不當的防撞結構往往不能充分發揮其防撞作用，甚至不利于橋梁結構的保護［164］.發展性能優越的構造形式和簡易實用的設計方法是防撞結構研究中亟須解決的問題.

針對上述問題，作者團隊針對車撞、船撞和滾石撞擊，提出了多種基于UHPC 的防撞結構，并開展了大量的試驗研究與分析［165-167，178］.

8.2 理論和試驗研究

圖46 為基于UHPC 的防車撞保護結構［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現耗能.針對該防撞結構，開展了6 組落錘沖擊試驗，研究了波紋管厚度、波紋管數量、UHPC板類型、沖擊能量等參數的影響.試驗結果表明UHPC面板具有良好的抗撞性，可穩定地發揮其傳遞沖擊荷載的作用；沖擊力對波紋管數量比厚度更為敏感，而增加波紋管厚度比增加其數量更有利于提高防撞結構的耗能能力；UHPC面板中植筋可減小整體結構的位移響應.此外，提出了一種多目標優化設計流程，為該防撞結構的實際應用提供指導.

圖46 基于UHPC的防車撞結構［165］Fig.46 UHPC-based protective structure for vehicle collision

圖47 為基于UHPC 的防船撞保護結構［166］，UHPC 板內配有鋼筋和剪力釘，在UHPC 面板之間設有波折板耗能層.針對該形式的UHPC 防撞結構，開展了系列落錘沖擊試驗，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，僅在撞擊點處發生輕微損傷，而普通RC 面板則產生明顯的斷裂裂縫；UHPC板內植筋對結構的沖擊響應和損傷影響輕微.

圖47 基于UHPC的防船撞結構［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

為進一步探索更為合理、有效的UHPC 防撞結構的構造形式，設計了5 種不同鋼核心構型的UHPC-鋼-泡沫三明治防撞結構，分別為傳統框架型、異位框架型、波折板型、水平圓管型和豎管型，如圖49 所示［167］.針對這5 種防撞結構，開展了14 組準靜態壓潰試驗，著重探討了防撞結構的變形模式以及填充聚氨酯泡沫的影響.主要結論如下：不同構型的防撞結構的力學性能顯著不同，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；豎管型防撞結構的抗壓潰性能過高而難以應用于實際工程；填充聚氨酯泡沫可顯著提升防撞結構的吸能量和比吸能，并對結構變形起一定的限制作用.此外，采用優劣解距離法對這5 種三明治防撞結構進行了壓潰性能評估，發現水平圓管型和異位框架型的總體性能最優，圖50 展示了這兩種防撞結構的壓潰變形過程.

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

圖50 兩種推薦防撞結構的壓潰過程［167］Fig.50 Crush process of two suggested protective structures

在準靜力壓潰試驗的基礎上，又對這5 種UHPC-鋼-泡沫三明治防撞結構開展了19 組落錘試驗［178］，如圖51所示，主要結論包括：填充聚氨酯泡沫可提高防撞結構的抗沖擊性能；UHPC面板有助于夾芯層充分發揮其耗能能力，不加UHPC 面板會導致防撞結構發生局部凹陷；提高夾芯層厚度可提高其抗壓潰能力；傳統框架型和波折板型防撞結構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；豎管型由于過大的初始剛度而不適用于實際的結構防護.圖51 展示了沖擊荷載下非豎管型防撞結構的變形模式.

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

8.3 工程應用

填充泡沫的水平圓管型鋼-UHPC 組合防撞結構已首次應用于長沙會展中心橋，用于抵抗中、小碰撞動能的船舶撞擊，如圖52所示.

圖52 長沙會展中心橋Fig.52 Exhibition Center Bridge in Changsha

9 UHPC橋梁技術標準編制進展

2021—2022 年，作者團隊編制了多部UHPC 橋梁相關技術標準，本節對規范的主要情況進行簡要介紹.

編制了中國公路學會團體標準——《高韌性混凝土組合橋面結構技術指南》，豐富了鋼-薄層UHPC 輕型組合橋面結構的設計理論；同時，編制了中國土木工程學會團體標準——《超高性能混凝土梁式橋技術規程》，為UHPC 梁式橋的設計應用提供了參考.

同時，由湖南大學主編的兩部交通部行業標準均取得實質性進展，其中，《鋼-高韌性混凝土組合橋面設計與施工規范》已完成送審稿評審，《公路橋涵超高性能混凝土應用技術規范》（以下簡稱“應用規范”）則已進入報批稿階段.下面對應用規范的特點和內容做進一步介紹.

應用規范以行業標準《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG 3362—2018）為基礎，結合國內外的UHPC 工程經驗、規范標準和技術成果，同時吸納編制單位的研究成果編制而成.在編制過程中，編寫組吸收了國內外幾乎所有公開發表的試驗數據，以《公路工程結構可靠性設計統一標準》（JTG 2120—2020）為依據，對其中的抗彎、抗剪、抗沖切、局部承壓等公式均進行了可靠度校準，確保規范的可靠性與安全性.該規范主要內容包括：原材料與配合比、超高性能混凝土性能、結構設計、施工、質量檢驗與評定等.

10 結論與展望

材料進步是橋梁結構科技進步的重要源動力.UHPC具有優異的力學性能和耐久性，與普通混凝土或預應力混凝土結構相比，UHPC具有高抗裂和抗拉強度，提升了結構的耐久性，而與鋼結構相比，UHPC結構無須焊接，疲勞開裂風險進一步降低，為橋梁結構的高性能化發展提供了廣闊空間.本文具體的結論與展望如下.

1）基于UHPC 超高的力學性能和超長耐久性，作者團隊研發了多種高性能結構：研發的重度疲勞開裂鋼橋面UHPC 加固新結構通過設置橫向鋼板條提高UHPC 加固層正彎矩下的抗裂強度，滿足實橋超10 MPa 的高拉應力，加固后鋼橋面疲勞應力降低達30%～95%，將顯著延長鋼橋面的疲勞壽命，為我國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/預應力配筋UHPC 加固技術充分利用了UHPC 材料的拉伸韌性和其與NC 結合面優異的黏結性能，加固后損傷混凝土梁開裂荷載及承載能力較原結構分別提高了233%和126%，可實現危舊梁橋結構增強和耐久防護的雙重功效.

3）研發的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%，且新型橋面結構具有更優的抗裂性能和耐久性.

4）研發的全預制拼裝UHPC 蓋梁，其自重較普通混凝土蓋梁降低約40%以上，且UHPC 蓋梁具有更優的抗裂性能、承載能力和耐久性；研發的單向預應力UHPC 箱梁體系，解決了傳統PC 梁橋其梁體開裂和主跨過度下撓的兩大頑疾，大幅提升了混凝土箱梁橋的經濟跨徑（約400 m），為大跨橋梁提供了新的思路.

5）研發的新型裝配式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，解決了傳統預制梁橋預應力反拱不均、施工質量難以保證的問題，是中小跨徑橋梁較具競爭力的方案；研發的無預應力鋼板-UHPC-NC 組合梁橋，擁有良好的承載能力和抗裂能力，且具有良好的經濟性和施工便利性，可以作為新建中小跨徑橋梁的推廣方案，尤其適合于農村公路快速改造.

6）研發的鋼-UHPC 組合高性能防撞結構，充分利用UHPC 高耐撞性、超高耐久性能和鋼材高延性、耗能經濟性，將高耐撞面板與優化耗能拓撲結構有機組合，具有耐久性和經濟性優異的特點，可實現壽命提升2～5 倍，全壽命成本降30～87%，減少碳排放30%～80%.上述新結構具有自重輕、強度高、耐久性優、構造簡單、施工方便等突出優點，有望從根源上提高結構的性能和品質.

目前，國內外學者都在積極進行各類UHPC 高性能橋梁結構的研發和應用.隨著今后工程應用的不斷增多以及技術標準體系的完善，UHPC的材料成本將進一步降低、施工工藝也將更加成熟，將在橋梁工程領域發揮更大的優勢，不斷促進我國橋梁朝向高性能化的方向發展.