超高性能混凝土（UHPC）桥梁研究综述·2024
曹君辉1,2*，张 阳1,2，邵旭东1,2，黄松龄1,2，蔡文涌1,2，张学鹏1,2
(1. 湖南大学 土木工程学院，湖南 长沙 410082;2. 桥梁工程安全与韧性全国重点实验室，湖南 长沙 410082)
编辑推荐语：
超高性能混凝土(UHPC)作为土木工程领域的新型水泥基复合材料，以其卓越的力学性能与耐久特性，为桥梁工程的高性能化、长寿命化发展提供了关键材料支撑。湖南大学土木工程学院及桥梁工程安全与韧性与全国重点实验室在UHPC桥梁研究方面持续深耕，长期引领国内该领域的理论创新与工程实践，多项成果达到国际先进水平，推动了UHPC技术在桥梁体系中的广泛应用与发展。
《超高性能混凝土(UHPC)桥梁研究综述・2024》由湖南大学邵旭东科研团队撰写，系统梳理了2024年度国内中文期刊在钢-UHPC组合结构、NC-UHPC组合结构、全UHPC桥梁、在役桥梁UHPC加固及下部与附属结构等领域的最新研究进展与工程实践，构建了完整且前瞻的UHPC桥梁技术体系。该综述不仅反映了我国在该方向上的科研活力，更彰显了湖南大学在UHPC桥梁领域的学术影响力与工程引领作用，对推动桥梁工程学科进步、支撑我国基础设施高质量建设具有重要的学术价值与工程指导意义。
摘要：
超高性能混凝土(UHPC)是一种新型水泥基复合材料，具有优异的力学性能和耐久性。与普通混凝土桥梁相比，UHPC桥梁强度高、抗裂性能优，大幅减轻了桥梁自重，利于装配化建设，且具有优异的耐久性;同时，UHPC 还可以与钢或普通混凝土(NC)组合，发挥不同材料的性能优势，衍生出种类丰富的钢-UHPC 和NC-UHPC 组合结构桥梁;此外，将UHPC应用于在役桥梁加固或拓宽改造场景，不仅施工便利，还能显著延长在役桥梁的寿命。因此，通过将UHPC与桥梁工程的痛点需求结合，不仅丰富了桥梁结构的形式，还能进一步提升桥梁的性能和品质，助力桥梁结构的创新发展。对2024年发表在国内中文期刊的相关文献进行了调研和综述，以期归纳和总结UHPC桥梁的最新研究成果。
关键词：桥梁工程;超高性能混凝土(UHPC);钢-UHPC及NC-UHPC组合结构桥梁;全UHPC桥梁;在役桥梁加固
论文精要：
1 研究背景
超高性能混凝土(ultra-high performance concrete，UHPC)是一种基于最大堆积密度原理配制的新型水泥基复合材料，具有优异的力学性能和耐久性：其抗拉强度一般可达5 MPa以上，抗压强度可达120 MPa或150 MPa以上，抗渗透性能等耐久性指标相比普通混凝土材料优1～2个数量级。近些年来，UHPC在桥梁工程中的研究不断增多，已成为土木工程领域的研究热点之一。
UHPC在桥梁工程的诸多方面都能发挥其性能优势。与普通混凝土(normal concrete，NC)相比，UHPC具有更高的强度和更优的抗裂性，因此，UHPC桥梁不仅自重更轻、易于节段预制吊装等装配化施工，而且还能提升混凝土桥梁的耐久性、降低病害风险;同时，通过将UHPC与钢或普通混凝土等材料组合，能够充分发挥不同材料的性能优势，构建种类丰富的钢-UHPC或NC-UHPC新型组合结构桥梁，在满足工程需求的同时，保持良好的经济性;此外，将UHPC应用于在役桥梁加固和改扩建工程，不仅施工快捷便利，而且能够显著提高在役桥梁的承载力和耐久性，助力在役桥梁的性能提升和扩容改造。
因此，UHPC在新建桥梁和在役桥梁加固中均具有广阔的应用前景，可进一步提升桥梁结构的性能和品质，助力未来桥梁的长寿命发展。笔者主要对2024年发表在国内中文期刊上的UHPC桥梁相关论文进行了归纳，旨在抛砖引玉，总结相关研究成果，为UHPC桥梁的研究和应用提供参考。该综述主要包括钢-UHPC组合结构桥梁、NC-UHPC组合结构桥梁、全UHPC桥梁、UHPC加固在役桥梁、UHPC下部结构及附属结构等内容。
2 钢-UHPC组合结构桥梁
2.1 钢-薄层UHPC轻型组合桥面结构
钢-薄层UHPC轻型组合桥面结构由正交异性钢桥面板和薄层UHPC通过短栓钉等连接件组合而成(见图1)，对其进行研究的主要目的是解决钢桥面疲劳开裂等病害问题，将传统的具有沥青铺装的正交异性钢桥面板转变为钢-薄层UHPC轻型组合桥面结构，显著提高钢桥面的局部抗弯刚度，降低钢桥面在反复车轮荷载作用下的应力幅，进而降低钢桥面的疲劳开裂风险。
目前对钢-薄层UHPC轻型组合桥面结构的研究已有较为丰富的积累，最新的典型研究主要包括薄层UHPC中剪力键优化布置及设计、UHPC-磨耗层粘结性能等。
2.2 组合结构桥梁中的UHPC桥面板
UHPC桥面板是UHPC在桥梁工程领域研究和应用的热点之一。与普通钢-混凝土组合结构桥梁相比，钢-UHPC组合结构桥梁中的UHPC桥面板厚度显著降低，进而大幅降低了组合结构桥梁的自重，且UHPC桥面板具有优异的抗裂性。目前组合结构桥梁中的UHPC桥面板主要包括平板、华夫板或矮肋板、钢-UHPC组合板等多种形式(见图2)。
笔者所在团队对组合结构桥梁UHPC桥面板进行了积极探索，近期典型研究包括型钢-UHPC轻型组合桥面结构以及型钢开口肋-UHPC轻型组合桥面结构，以期进一步优化钢-UHPC组合桥面结构(见图3、图4)。
2.3 钢-UHPC组合梁及接缝
钢-混组合结构桥梁充分利用钢梁受拉、混凝土桥面板受压的特性，具有良好的经济性，钢-UHPC组合结构桥梁同样具有上述优势，且桥面板更薄、自重更轻、耐久性更优。最新的相关研究包括钢-UHPC组合梁受力性能、墩顶负弯矩区或UHPC接缝性能等方面，为工程应用提供了借鉴。姜洋等对山东济南凤凰黄河大桥跨堤引桥进行了总体设计，该桥为主跨245 m的三跨变梁高连续组合钢箱梁桥，是目前世界上跨径最大的组合钢箱梁桥，大桥车行道区域采用新型钢-UHPC组合桥面板结构，避免了常规正交异性钢桥面板易疲劳开裂的问题，且显著减轻了结构自重。邵旭东等提出钢内芯-UHPC组合箱梁结构(见图5)，钢内芯作为受力结构的同时又直接作为UHPC结构的内部模板，且钢内芯无需设置纵肋，UHPC材料外包钢内芯，可以保证桥梁的耐久性。目前该结构拟应用于G59呼北高速湖南省新化至新宁段，该段设计为(40+60+40)m三跨组合箱梁桥，采用顶推施工。
邓舒文等提出了钢-UHPC组合梁负弯矩区T形(即上宽下窄)横向接缝构造，开展了抗弯静力模型试验，根据试验和分析结果提出了接缝最大裂缝宽度、考虑UHPC拉伸刚度效应的设计弯矩和挠度的计算公式，并建议对于跨度为20～50 m的钢-UHPC组合梁桥，墩顶T形接缝上部台阶的纵向长度可设置为0.1倍跨径;武芳文等针对钢-混组合梁负弯矩区混凝土易开裂问题，对比研究了在负弯矩区采用水泥基复合材料(ECC)或UHPC方案的效果。
2.4 钢-UHPC组合结构桥梁的其他关键构造
对钢-UHPC组合结构桥梁其他关键构造的研究主要包括：连接件性能，钢-混结合段受力性能，外包或内置UHPC的钢-UHPC组合结构性能等方面。
3 NC-UHPC组合结构桥梁
3.1 NC-UHPC组合结构桥梁基本受力性能
NC材料抗压强度高，且取材方便、经济性好，在桥梁结构中应用广泛。因此，结合NC和UHPC的性能优势，研发了NC-UHPC组合结构桥梁，探索了UHPC在混凝土桥梁中的应用。最新的相关研究主要集中在NC-UHPC组合结构桥梁的抗弯性能方面，且对抗剪性能也有一定研究。陈宝春等提出将预制的UHPC槽形节段通过干缝连接和预应力张拉形成槽形梁，再与整体现浇的混凝土板组合形成NC-UHPC组合梁，对其抗剪性能进行了深入研究，揭示了接缝数、接缝处剪力键数、剪跨比、UHPC钢纤维体积率、配箍率和纵筋率等参数对试件抗剪承载力的影响规律。
3.2 NC-UHPC界面性能
NC-UHPC组合结构桥梁的受力涉及NC和UHPC两种材料，NC-UHPC界面性能不容忽视。为此，学者们开展了多项相关研究。曾明辉等分别对现浇整体板和包含不同湿接缝构造的UHPC预制桥面板开展了四点弯曲模型试验，试验结果表明，UHPC接缝连接具有良好的整体性，且UHPC接缝与NC预制板界面处的裂缝发展速度缓慢。
4 全UHPC桥梁
4.1 全UHPC桥梁基本受力性能
全UHPC桥梁具有自重轻、跨越能力强等突出优点，易于预制吊装施工，且具有优异的耐久性。目前对UHPC桥梁的研究多为梁桥结构，最新的相关研究包括全UHPC桥梁设计和计算以及UHPC构件模型试验等方面。马军伟以上海松江区外下洋路油墩港桥为背景，设计了UHPC大跨度曲线连续刚构桥，大桥跨径为(48+79+48)m，桥宽7.5 m，主梁采用箱梁断面，高3.0 m，高跨比为1/26.3，UHPC梁顶板和腹板厚度均为0.15 m，底板厚0.24 m，各板件在支点处均局部加厚，UHPC箱梁采用钢横隔板。
4.2 UHPC-UHPC界面性能
UHPC桥梁多采用装配化施工，因此，UHPC-UHPC界面连接性能同样重要。穆清君等提出采用误差反向传播神经网络方法预测UHPC的直剪承载力，该方法将混凝土抗压强度、受剪面积、纤维特征参数、钢筋参数和侧向约束应力等作为输入特征参数，并将直剪承载力作为输出量。
5 UHPC加固在役桥梁
5.1 UHPC加固桥梁上部结构
目前，采用UHPC薄层补强混凝土桥梁结构(见图6)是UHPC工程应用的一个重要方向，其加固损伤钢筋混凝土(RC)结构的潜在优势主要来源于材料的超高韧性和优异的耐久性，不仅能够显著增强结构的抗弯(裂)性能，还可提升结构的耐久性，从而大幅提高在役危旧RC桥梁的使用寿命。张 阳等对钢板-UHPC组合加固损伤RC梁的受弯性能进行了试验和理论研究，结果表明，组合加固梁在抗裂性能、刚度及极限承载力方面较未加固梁有大幅提升，组合加固梁在极限状态下发生了界面剥离破坏，作者基于桁架模型建立了钢板-UHPC组合加固梁剥离承载力计算理论。
5.2 UHPC加固桥梁下部结构
与普通混凝土相比，UHPC具有高抗压强度、高弹性模量、低徐变等突出优点，采用UHPC对桥墩、桩基础等以受压为主的桥梁下部结构进行加固，可在不明显增加自重的前提下大幅提升原结构的承载能力和刚度(见图7)。王勃等对UHPC加固RC圆柱轴心受压性能进行了试验研究，并建立了有限元模型对不同长细比UHPC加固柱的承载能力和塑性变形能力进行了参数分析，结果表明，UHPC加固对RC圆柱的承载力和延性的提升明显;但随着柱长细比增大，UHPC加固柱的极限承载力逐渐降低，抵抗塑性变形的能力变差。
6 UHPC下部结构及附属结构
6.1 下部结构
下部结构是桥梁结构的重要组成部分。贾俊峰等提出了预制UHPC模壳填芯混凝土的悬臂盖梁结构，并开展了静力模型试验，试验结果表明，当模壳材料为UHPC时，盖梁的峰值承载力相较C35模壳盖梁提高了22%;徐佳沛等研究了钢管-UHPC组合墩柱在典型爆炸威胁下的抗爆性能。
6.2 附属结构
此外，既有研究还探索了UHPC在护栏、装饰挂板等附属结构的应用，进一步拓展了UHPC在桥梁工程中的应用范围。
7 结论
笔者以2024年发表在国内中文期刊上的UHPC桥梁相关论文为主要对象，进行了文献调研和综述，主要结论如下：
1)目前对UHPC 桥梁结构的研究覆盖面较为广泛，包含了钢-UHPC组合结构桥梁、NC-UHPC组合结构桥梁、全UHPC桥梁、UHPC加固在役桥梁、UHPC下部结构及附属结构等诸多方面，促进了新材料和新结构的融合，丰富了桥梁结构形式，拓展了应用场景。同时，相关研究包含了仿真分析、模型试验、设计理论和工程应用等形式，从不同角度推动UHPC 桥梁技术的发展。
2)目前对钢-薄层UHPC轻型组合桥面结构的研究仍在不断丰富;对钢-UHPC 组合结构桥梁及接缝的研究不断增加和深化，以充分利用UHPC的优异性能，降低桥面板自重，提升抗裂性;NC-UHPC组合结构桥梁是UHPC桥梁研究和应用的另一关键场景，以期在混凝土桥梁中合理利用UHPC，控制工程造价，并提升混凝土桥梁的耐久性;对全UHPC桥梁的研究主要包括全UHPC 桥梁方案设计和计算、构件模型试验等方面，不断完善全UHPC 桥梁的设计理论和计算方法;UHPC 在桥梁加固领域的研究在不断深入和细化，基于UHPC 的新型桥梁加固方法也不断丰富;对UHPC 下部结构及附属结构的研究也正在积极开展，持续挖掘UHPC 在桥梁工程中的应用潜力。
3)UHPC具有强度高、耐久性优等特点，相信今后其能够在各类新桥建设和在役桥梁加固中发挥更大的作用，助力桥梁结构朝着高性能、长寿命的方向发展。
全文阅读：
链接：file.bmrb.com.cn/file/upload/2026/01/20/1768895902417.pdf
引文格式：
曹君辉，张 阳，邵旭东，等.超高性能混凝土(UHPC)桥梁研究综述·2024[J].市政技术，2025，43(3)：1-17.(CAO J H，ZHANG Y，SHAO X D，et al. Review on UHPC bridge research·2024[J]. Journal of municipal technology，2025，43(3)：1-17.)
发表期次：
2025年第3期，P1-17