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本书针对钢-UHPC组合桥面板，从材料、构造、结构、施工四个层次展开研究，具体研究内容包括以下几方面：
围绕钢-UHPC组合梁对UHPC材料性能的需求，在现有配合比基础上，从材料的组分出发，运用流变学、水化动力学等手段，以及微结构调控、纤维混杂等技术实现关键技术的建立，进而完成材料的优选设计并提出满足性能需要的粗骨料活性粉末混凝土材料施工配合比。在此基础上通过材料试验系统研究UHPC的力学性能和长期性能，为钢-UHPC组合梁的研究提供基础数据。
1）UHPC配合比设计
经前期的大量研究，水泥基材料的配合比已成熟，在本项目中主要对钢纤维进行了优化，进行了混合纤维纤维率2.3%、混合纤维纤维率2.6%、无纤维、单一粗纤维2.5%、单一细纤维2.5%、单一细纤维2.0%等7 种纤维的试验。其中MR1 为标准试件，采用粗细、长短不同的2 种纤维混合；MR2 也采用粗细、长短不同的2 种纤维混合，但在MR1 的基础上增加了粗纤维的长度和直径；MR3 为无纤维的UHPC;MR4 的纤维配置方式同MR1，但将纤维掺量降低至2.3%，其余3 种配合比为单一纤维。研究配合比时采用加热养护方式以加快研究进程，所完成的试验及试件数量详见表1.1。
表1.1 UHPC配合比设计试验
注：每组试验包括3个试件。
2）UHPC材料性能试验
基于优化后的配合比，对低收缩UHPC材料的力学性能、长期性能进行系统研究。由于研究旨在实现免蒸养，仅对试件进行标准养护试验。力学具体试验内容和试件数量见表1.2。
表1.2 UHPC力学性能试验
同样在标准养护条件下进行材料的干燥收缩、受压徐变、抗水渗透、抗氯离子渗透、碳化、冻融剥离。具体试验内容和试件数量如下：
表1.3 UHPC长期性能试验
注：1.提供标养条件下不低于12个月的收缩数据。
2.抗氯离子渗透试验中，用同配比不掺钢纤维的试件进行测试。
3）素低收缩UHPC混凝土板及低收缩UHPC混凝土加筋板抗弯性能研究
素板试验目的是探明低收缩UHPC混凝土板在弯曲荷载下的抗裂性能，测定低收缩UHPC混凝土的弯曲抗拉强度，并初步考察振捣工艺、养护条件、钢纤维掺量对抗裂性能的影响。
针对钢-混连接构造和UHPC桥面板连接构造两个关键构造开展研究。以UHPC剪力钉力学性能的研究为基础，以塑性理论和弹性理论为指导，以剪力分布为依据，解决剪力钉纵横向布置问题；同时，提出新型嵌固型“燕尾榫”连接构造，增强新旧混凝土连接，解决后浇带及湿接缝问题。
1）UHPC中剪力栓钉的力学性能
通过推出试验进行加载全过程结构行为研究，系统探明UHPC中剪力栓钉的荷载-滑移特性、破坏形态、极限承载力，考察长径比的影响，提出荷载-滑移方程，并推荐设计使用的承载力，为钢-UHPC组合梁的设计提供依据。
2）剪力栓钉连接技术
在剪力栓钉力学性能研究的基础上，研究钢-UHPC组合梁中剪力栓钉群的布置，包括：
（1）基于弹性设计的剪力钉设计方法
假定使用荷载下钢结构、UHPC板、剪力栓钉均处于弹性状态，通过有限元分析，探明组合梁中剪力栓钉群的剪力分配规律，依据剪力分配规律及剪力栓钉力学性能提出剪力钉间距的设计方法。
（2）基于塑性设计的剪力钉设计方法
既有试验研究表明，较大荷载下组合梁中剪力栓钉会产生滑移变形，导致钢-混界面剪力重分布，沿长度方向趋于均匀，这为剪力栓钉布置的设计和施工带来极大方便。考虑这种情形，本书给出钢-UHPC组合梁剪力栓钉布置的塑性设计方法。
（3）考虑剪力滞效应的剪力栓钉设计技术
剪力滞效应是箱梁计算中必须考虑的因素，由于腹板的约束作用，在靠近腹板的区域剪力较大，远离腹板的区域剪力较小，在设计剪力钉时必须考虑这一效应。通过有限元分析，探明钢-UHPC组合桥面板横截面的剪力分布特点，结合理论模型，提出考虑剪力滞效应的剪力钉设计计算方法。
3）钢-UHPC桥面板连接构造及力学行为
对于大型桥梁的混凝土桥面板而言，通常情况下，难以一次性浇筑完成，必然存在新旧混凝土结合面，此外UHPC板也可采用预制拼装的方式，也存在新旧混凝土结合面。在结合面处新旧混凝土的钢纤维无法连续，致使结合面处结构的抗弯拉性能降低。新旧混凝土结合面处一旦开裂将使得组合正交异性桥面板的结构性能大打折扣。采用嵌固式的“燕尾榫”接头形式，通过“燕尾榫”的机械嵌锁力提高新旧混凝土结合面的抗裂性能和裂缝约束性能。提出“燕尾榫”接头的构造形式，通过模型试验验证其抗裂性能和裂缝约束性能，为设计提供合理的新旧混凝土连接构造。
围绕桥面板内力计算和正常使用极限状态、承载能力极限状态验算展开研究。探明组合箱梁中桥面板的位移边界条件，提出简化计算模型和方法，同时通过模型试验探明钢UHPC组合桥梁顺桥向和横桥向的力学行为，通过理论分析和统计分析建立承载能力和裂缝验算方法。
1）低收缩UHPC混凝土加筋板抗弯性能研究
结合裂缝发展、挠度和抗弯承载力探究低收缩UHPC混凝土适宜的配筋种类（普通钢筋、高强钢丝）及配筋率。
2）组合箱梁桥面板内力的简化计算方法
钢与UHPC叠合形成组合桥面板后，桥面板刚度将明显增加，这将改变桥面板与钢腹板的刚度比，使得桥面板约束条件发生变化。通过简化计算方法考察钢腹板对桥面板的约束特性，探明桥面板的位移边界条件，提出了带伸臂且上、下板厚不等的矩形箱梁的横向内力分析方法，为桥面板内力计算提供依据。
3）钢-UHPC组合桥面板抗弯性能研究
UHPC与正交异性钢桥面板共同构成组合正交异性桥面板。在顺桥向UHPC板与钢顶板及其加劲U肋（以下称“组合体U肋单元”）形成的复合结构，在横桥向上则为UHPC板与钢顶板形成的组合板式结构。由于结构构造的原因，横桥向和顺桥向的力学行为有较大差矩。而且作为桥面板体系，组合正交异性桥面板在顺桥向和横桥向上均可能承受正弯矩和负弯矩。在正弯矩作用下，钢结构受拉、UHPC受压，由于UHPC具有超高的抗压强度，正弯矩不控制设计，因此这里仅对负弯矩作用的桥面板性能进行研究。考察组合正交异性桥面板结构在顺桥向和横桥向承受负弯矩的能力，探明结构的承载能力、抗裂能力、裂缝发展规律、开裂后的弹性恢复能力、破坏模式、变形发展规律等与结构使用和维护密切相关的力学行为。包含两个方面：
①UHPC组合体U肋单元，考察组合正交异性桥面板纵向抗弯性能。
②钢-UHPC组合板，考察组合正交异性桥面板横向抗弯性能。
4）钢-UHPC桥面板承载能力及裂缝宽度计算方法
对应于设计的承载能力极限状态和正常使用极限状态的验算，为钢-UHPC桥面板的验算提供参考。同样仅考察负弯矩作用下的计算方法，具体研究内容为：
①钢-UHPC组合桥面板承载能力计算。在试验研究的基础上，基于应变测试结果和平截面假定，提出承载力极限状态下UHPC受压区混凝土应变分布模式，考察受拉区UHPC参与受拉工作的参与程度，提出内力臂高度计算方法，通过截面力平衡和力矩平衡建立承载能力极限状态平衡方程及计算方法，提出钢-UHPC组合桥面板最小配筋率、界限受压区刚度及最大配筋率的计算方法。
②钢-UHPC组合桥面板裂缝宽度计算方法。在试验研究的基础上，分析钢纤维的裂缝约束效应，考察裂缝分布规律，基于有滑移理论建立平均裂缝间距的计算公式及平均应变差计算公式，提出正常使用极限状态内力臂高度计算方法，基于无滑移理论考察保护层厚度的影响，提出平均裂缝宽度计算公式，基于实测的最大裂缝宽度，采用回归分析的方法确定最大裂缝宽度系数，从而建立负弯矩作用下钢-UHPC组合桥面板裂缝宽度计算方法。
③钢-UHPC组合桥面板开裂后刚度计算方法。基于截面有效惯性矩法，考虑混凝土受拉刚化效应，采用回归分析的方法标定开裂前刚度和开裂截面刚度系数，建立钢-UHPC组合板开裂后刚度计算方法。
围绕钢结构制造和UHPC桥面板浇筑工艺进行研究，基于无应力状态法提出钢箱梁无应力线形的确定方法和控制指标；针对UHPC的配合比特点和新拌特性，提出标准化拌和工艺和振捣工艺。
1）基于无支架施工的钢梁制造无应力线形控制
钢-混组合梁具有良好的预制拼装性能，一般采用无支架施工，钢箱梁作为桥面板铺设的支架，承受桥面板自重。基于无应力状态法，建立组合梁成桥状态平衡方程，分离无应力状态量，形成无应力状态平衡方程，建立无应力状态量的求解方法，获得钢箱梁无应力线形。根据钢箱梁制造的特点，确定无应力线形的主要指标，指导钢箱梁制造。
2）UHPC桥面板浇筑技术
拌和工艺直接影响骨料和纤维的分布，对UHPC的材料性能有直接影响，振捣工艺则影响了浇筑过程中纤维的二次分布和浇筑的密实性，是影响桥面板质量的重要因素。针对这两个问题进行研究，以期形成标准化拌和和振捣工艺，为施工提供指导。包含以下两个方面：
（1）UHPC拌和工艺
拌和工艺研究的主要目的是确定原材料投料顺序和UHPC合理拌和时间。通过原材料投料顺序的研究，验证实验室所确定的原材料投料顺序的可行性。在此基础上，研究不同阶段拌和时间对出料后混凝土性能的影响。
（2）UHPC振捣工艺
根据桥面板厚度，经试验研究，比较不同振捣器具的振捣效果，提出适宜的振捣器具，在此基础上，通过材料试验和IPP图分析，考察留振对气泡、纤维分布的影响，确定适宜留振时间。