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钢桥自重轻、承载效率高、跨越能力强，是大跨度桥梁的主要形式，其在中小跨度桥梁中的应用也日益广泛。特别是钢梁预制拼装程度高、施工快速、桥墩数量少等特点，十分适宜工期短、施工环境复杂的市政桥梁，在我国的台湾省、日本、德国、法国均有大量的中小跨度钢桥。我国交通事业的巨大进步有力地推动了钢结构桥梁的发展，在《交通运输部关于推进公路钢结构桥梁建设的指导意见》中，明确提出了新建大桥、特大桥以钢结构桥梁（含组合结构桥梁）为主的意见，发展钢结构桥梁和组合结构桥梁符合交通行业的发展战略，这为钢结构桥梁和组合结构桥梁的发展创造了条件。
钢箱梁具有抗弯刚度大、抗扭性能好、自重轻、跨越能力强等优点，20 世纪50 年代以来一直是钢结构桥梁的主要截面形式。钢箱梁一般采用正交异性钢桥面板，其自重约为钢筋混凝土桥面板或预制预应力混凝土桥面板自重的1 /3~1 /2，而且其运输架设方便、施工周期短，自1940 年以来已成为钢箱梁桥的首选桥面形式。正交异性钢桥面板由纵横向互相垂直的加劲肋（或横隔板）连同桥面盖板组成，既是钢箱梁的上翼缘，又直接承受车辆的轮载作用。公路车辆运行轨迹及质量的不确定性，使得正交异性桥面板的变形特点、应力分布十分复杂。铺设于钢桥面板上的桥面铺装虽然不参与结构受力，但其质量和性能直接影响行车的安全性和舒适性。受正交异性桥面板的刚度特性和变形特性及行车荷载、温度变化等因素的综合影响，其受力和变形远较道路路面或机场道面复杂。统计表明，钢桥面铺装是我国钢桥的多发病害形式之一，有的桥梁投入使用后不到两年，桥面铺装即出现开裂、鼓包、坑洞、车辙等病害（图1.1、图1.2），整体上钢桥面的沥青混凝土铺装的使用年限不到设计使用年限的1 /3，已有桥梁在10 年间多次更换桥面铺装仍不能解决问题。桥面铺装的维修已成为钢箱梁桥运营维护成本的重要组成部分，高昂的桥面铺装维修费用成为阻碍钢结构桥梁快速发展的障碍之一。
图1.1 坑槽裂缝病害
图1.2 车辙病害
钢桥面铺装的病害与正交异性板的构造及力学行为密切相关。首先，正交异性桥面板由顶板和纵、横肋系构成，刚度分布不均匀，在纵、横肋处盖板刚度大，而在肋间刚度相对较小，必然导致桥面变形不均匀；其次，在我国车辆超载十分普遍，进一步劣化了正交异性板的变形状态；最后，钢桥面铺装铺设过程中具有较为苛刻的要求，施工时难以达到相应技术标准是导致病害的原因之一。
桥面铺装不但需要具有良好的追随钢板变形的性能，而且要求在温度和车辆荷载的共同作用下不产生过大的推移变形（图1.3、图1.4）。同时，铺装层要尽可能密实不透水，具有较好的抵抗疲劳开裂性能和较长的使用寿命。大量桥面铺装病害的反复维修和反复损坏的事实表明，对正交异性钢桥面板，仅改善铺装性能难以从根本上解决问题。开发和研究性能优越、耐久、经济的新型桥面板结构与钢腹板、钢底板共同组成组合箱梁，可增大桥面板刚度，改善桥面板铺装工作条件，是解决钢桥面铺装及其耐久性问题的重要途径，对根除桥面铺装病害具有重要意义。
图1.3 剪切推移病害
图1.4 剪切雍包病害
遵循这一思路，近年来，国内外开始采用高性能混凝土、钢纤维混凝土-钢组合桥面板等结构构造，以期改善正交异性板的应力状态。试验和理论研究均表明，上述措施对提高桥面板刚度、降低疲劳热点应力、减少桥面铺装病害是有效的，但混凝土桥面自重较大，为此付出了桥梁用钢量增加、综合造价增加的代价，同时混凝土固有的抗拉性能差的缺陷导致部分桥梁中出现了混凝土桥面开裂的现象，使得其刚度降低，效果大打折扣。
超高性能混凝土（Ultra-High Performance Concrete，UHPC）是新一代水泥基材料，以高抗压、高抗拉、高弹性模量、受拉应变硬化为主要特征，广义的UHPC包括RPC（UHPC）、UHPFRC（超高性能纤维增强混凝土）及ECC等新型水泥基材料，根据是否含有粗骨料，德国将其分为粉末超高性能混凝土（不含粗骨料，简称UHPC-PC）和骨料超高性能混凝土（简称UHPC-CA）两大类。UHPC的抗压强度为150~220 MPa，弹性工作段为全工作段的70%~80%，不添加纤维时的抗拉强度为7~10 MPa，添加纤维时的抗拉强度为7~15 MPa，且其抗拉强度可随钢纤维掺量的不同而变化，从根本上克服了普通混凝土抗拉强度低的缺陷。添加粗骨料后，UHPC的抗压强度变化不大，抗拉强度有所变化，变化的情况与纤维的形状和纤维的长径比有关，长径比适当时抗拉强度下降不明显（由7~15 MPa下降至7~13 MPa）。添加粗骨料后抗渗性能和抗冻性能有所下降，但耐磨性能会有所提高。
UHPC混凝土强度高、弹模大，将UHPC混凝土用于桥面结构中形成组合桥面板，在具有混凝土桥面板的优点的同时，只需要较小的厚度即可较好地提高桥面板刚度，在改善桥面刚度特性的同时不会导致结构自重明显增加。钢-UHPC组合桥面板最早在2010 年由日本工程师Murakoshi提出，早期将UHPC层视为桥面铺装，UHPC板既可以采用现浇板也可以采用预制板，采用预制板时UHPC板与钢桥面板甚至采用了胶粘工艺。在其后的使用中发现，黏合剂的长期稳定性不足，UHPC预制板与钢桥面板的结合不可靠，破坏往往发生在胶层处。我国学者丁庆军教授几乎在同时期对钢-UHPC组合桥面板进行了研究，将UHPC层视为桥面铺装，但UHPC板与钢桥面板的连接采用了剪力栓钉，大大加强了钢-混连接的强度。邵旭东教授对钢-UHPC组合桥面板疲劳性能的进一步研究表明，UHPC层大幅减小了U肋与钢盖板、U肋嵌补段的应力幅，疲劳性能明显改善。UHPC层能够明显提高正交异性桥面板的性能，UHPC层不再被视为铺装，而被视为桥面板的一部分，形成了钢-UHPC组合正交异性桥面板。然而，我国进入规模化应用的UHPC主要是RPC，RPC的收缩特性与普通混凝土不同，其骨料细化、水灰比很小、硅含量很高，可散失的水分有限，其收缩主要由塑性收缩和自收缩组成，自收缩大于干燥收缩，而且其收缩量高达500~800 με，为了快速固化拌合物，目前一般均需要采用蒸汽养护工艺，这给现浇施工带来了一定的困难，在一定程度上阻碍了钢-UHPC组合桥面板的推广应用。
我国对新型水泥基材料的研究起步于21 世纪初，目前的主要产品是RPC，在国内已趋于成熟，并编制了国家标准《活性粉末混凝土》（GB / T 31387—2015）。VSL（中国）工程有限公司引进其母公司法国Bouygues公司的RPC制备技术，2014 年联合西南交通大学进行了低收缩RPC混凝土（LS-RPC）的研发和工程应用技术的本土化探索，研发了常规养护和加热养护两种配方及对应养护工艺，解决了国内RPC混凝土需要蒸汽养护、现场浇筑不便的问题，而且其收缩值约为350 με，仅为其他RPC收缩值的50%~60%。同时，从2016 年起，联合安徽斯派索材料科技有限公司对UHPC进行研究，目前C130 级UHPC制备技术已基本成熟，抗压强度、抗拉强度、弹性模量等主要力学指标已稳定，具备工程化应用的条件，可根据用户要求，配制C130 级以下的UHPC，同时在低收缩免蒸养UHPC混凝土方面积累了很多研究经验。
本书以新型钢-低收缩UHPC组合桥面板为研究对象，开展了低收缩免蒸养UHPC混凝土材料性能、钢-UHPC连接构造、钢-UHPC桥面板结构行为及计算方法、施工工艺4个方面的研究。在国内已有研究成果的基础上，进一步掌握低收缩免蒸养UHPC材料特性和钢UHPC组合箱梁结构行为特性，为钢-UHPC组合箱梁的推广应用提供技术储备。