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铺装层频繁破损和钢结构易疲劳开裂是正交异性钢桥面(Orthotropic Steel Deck,OSD)结构最为常见的两大病害,提高桥面系局部刚度是一种有效的解决方案。得益于超高性能混凝土(Ultra High Performance Concrete,UHPC)材料优异的力学性能和耐久性能,旨在增强增韧OSD的钢-配筋UHPC组合桥面结构有望综合根治OSD桥面系的两大顽症。本文以钢-配筋UHPC组合桥面结构为研究对象,对UHPC材料的直接拉伸性能和拉伸本构关系、UHPC材料弯曲受拉性能和二次倒推分析法、配筋UHPC直接拉伸性能、配筋UHPC构件弯曲性能以及钢-配筋UHPC组合桥面结构静力弯曲性能等进行了理论分析与试验研究。论文的主要工作及创新点如下:(1)获得了拉伸应变硬化和多缝开裂特性的UHPC材料,并提出了应变硬化UHPC材料的拉伸本构关系模型。基于UHPC材料的拉伸性能概述,分析UHPC材料直接拉伸性能的基本特征;总结归纳文献中UHPC材料拉伸性能试验方法,对直接拉伸试验的试件形状和加载装置进行系统分析和比较,提出适用可行的直接拉伸装置;以钢纤维形状和纤维掺量为可变参数正交设计直接拉伸试件,探索不同纤维掺量和形状对UHPC材料拉伸性能尤其是可视初裂应力及应变的影响;基于直接拉伸试验结果提出包含应力-应变关系和应力-裂缝宽度关系两部分的受拉本构关系模型。(2)提出了可简易准确获取UHPC材料受拉应力-应变关系的二次倒推分析方法。在UHPC材料的弯曲拉伸性能中,重点探讨获取材料受拉应力-应变关系的间接测试方法;基于虚功原理分析剪切变形和曲率分布非线性对UHPC受弯构件跨中挠度的影响,由此提出考虑剪切变形和曲率分布非线性的二次逐点倒推分析方法;基于四点弯曲试验的荷载-跨中挠度曲线,采用二次倒推分析法求得两种不同浇注方式下UHPC材料的受拉应力-应变曲线;将二次倒推结果与直接拉伸试验结果进行对比,分析二次倒推分析方法获得UHPC材料受拉应力-应变曲线的有效性。(3)研究了配筋UHPC的直接拉伸性能。基于纤维复合材料的纤维增强增韧机理,对钢筋增强增韧UHPC材料进行目标优势分析;针对组合桥面结构在复杂受力和环境条件下UHPC层高拉应力特点,进行UHPC材料配筋增强需求分析;以钢纤维掺量和配筋率为参数正交设计配筋UHPC直接拉伸试验,并分析配筋UHPC拉伸性能的影响因素;通过不同组合配筋形式对UHPC材料直接拉伸特性的分析,探讨普通钢筋替代UHPC材料中部分钢纤维的可行性;基于配筋UHPC的裂缝特性建立配筋UHPC的裂缝宽度计算公式。(4)研究了配筋UHPC构件的弯曲拉伸性能。基于应变硬化UHPC材料的本构关系和UHPC构件受弯力学模型,分析配筋UHPC构件的弯曲受拉性能;设计配筋UHPC受弯构件并进行四点弯曲试验,然后根据试验结果探讨配筋UHPC结构的弯曲受拉特性;分析配筋UHPC梁弯拉裂缝特征并建立最大裂缝宽度计算公式。(5)研究了钢-配筋UHPC组合桥面结构的静力弯拉性能。基于传统正交异性板弯曲微分方程及其经典解析解,分析降低OSD结构内力及变形的措施;根据钢-配筋UHPC组合桥面结构的组成特点,探讨影响其弯曲性能的主要因素;以UHPC层配筋率和钢梁高度为参数设计钢-配筋UHPC组合结构,分别进行纵向受弯和横向受弯静力试验;根据试验结果分析钢-配筋UHPC组合结构的静力弯曲受拉性能;基于配筋UHPC受弯构件裂缝宽度计算公式,提出适用于钢-配筋UHPC组合结构弯拉作用下UHPC层最大裂缝宽度的计算公式。