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超高性能混凝土（Ultra-High Performance Concrete, UHPC）具有优异的力学性能和耐久性能，将其应用于桥梁结构，能够解决普通混凝土桥梁自重大、徐变效应大、长期荷载作用下严重下挠、易开裂、耐久性差等问题，极具应用前景。本文在预应力UHPC梁抗弯性能试验的基础上，对其力学性能和合理设计方法进行了探讨和研究，主要工作内容及其结论如下： （1）完成了一片大比例预应力UHPC-T形梁的弯曲全过程加载试验，获得了试验梁从加载到破坏全过程的主要试验结果。试验结果表明：试验梁表现为延性弯曲破坏，顶缘UHPC压溃；本文试验梁表现出极好的弯曲变形性能和开裂性能，结构延性指标较预应力普通混凝土结构高。 （2）利用现有研究成果，修正了UHPC材料的受拉应力-应变曲线，考虑UHPC受拉性能的影响，建议了极限状态下截面应力-应变分布模式，由此改进了开裂荷载和极限承载能力的计算方法，分析结果很好地预测了试验梁的极限承载力。分析结果表明：开裂弯矩可按我国桥规公式计算，宜考虑UHPC的受拉塑性；UHPC的受拉性能对其抗弯承载能力有贡献、但不大。 （3）基于平截面假定，考虑 UHPC材料的非线性，编制了预应力 UHPC梁全过程非线性分析程序，理论分析和程序计算的结果与本文、他人的试验结果吻合良好。以此为基础，分析了配筋率、力筋张拉应力和高跨比对结构抗弯承载能力的影响规律。分析结果表明：适当增加预应力筋面积，可充分利用UHPC的超高抗压强度，有效提高UHPC梁的开裂弯矩和极限承载能力；提高预应力筋张拉应力能提高结构抗裂性能；增加高跨比能有效增加截面的抗弯承载能力和弹性阶段的刚度。 （4）基于混凝土损伤塑性（CDP）模型建立预应力UHPC梁的实体有限元模型，对试验过程进行了细致模拟，分析结果与试验结果吻合良好。详细分析了配筋率、张拉应力、抗压和抗拉强度等参数对UHPC梁弯曲性能的影响。分析结果表明：提高配筋率能有效提高构件承载力，但会使其延性降低；提高抗压强度对构件弹性阶段和开裂阶段受力性能影响不大、但能有效提高构件延性；提高抗拉强度能有效提高构件的抗裂性能和延性，并使极限承载力有所提高。基于试验结果和仿真分析结果，建议了预应力UHPC梁的预应力筋张拉应力和合理配筋率范围的计算公式，并提出了UHPC梁合理设计方法。