超高性能混凝土(Ultra High Performance Concrete,简称UHPC)是一种新型水泥基复合材料,具有较高的力学性能和良好的耐久性,在土木工程领域具有广阔的应用前景,然而目前对其结构受力性能缺乏足够的研究。HRB500级钢筋是一种新型热轧带肋钢筋,具有较高的强度和良好的延性,工程中采用HRB500钢筋具有节省钢筋用量、方便钢筋布置等优点。将UHPC和HRB500钢筋结合起来,可以充分发挥二者的优良性能,达到减轻混凝土结构的自重、简化钢筋布置、增大结构跨越能力、增加结构耐久性的目的。本文对HRB500钢筋UHPC梁进行了系列试验研究和理论分析,探讨了HRB500钢筋和UHPC材料的适配性,对UHPC梁的受力性能和设计计算理论进行了研究。主要研究内容如下:(1)完成了UHPC抗压强度、抗拉强度、抗折强度等基本力学性能试验,分析了养护方法、振捣方法对UHPC基本力学性能的影响,获得了UHPC轴心受压应力—应变关系曲线的上升段,并拟合了轴心受压应力—应变曲线上升段的方程。试验表明:UHPC的峰值压应力对应的压应变远高于普通混凝土,接近3000×10-6。UHPC开裂后裂缝间的钢纤维承担拉应力,轴拉应力随裂缝宽度的增大和裂缝间钢纤维的拔出而逐渐减小。(2)完成了6根后张法预应力UHPC简支梁的抗弯性能试验。对试验梁的受力过程、裂缝分布形态及发展情况、荷载—挠度曲线特征以及破坏模式进行了详细的阐述和分析。试验表明:HRB500钢筋与UHPC梁适配良好,UHPC梁弯曲裂缝细而密,正常使用极限状态下试验梁最大裂缝宽度不大于0.15mm,试验梁位移延性系数均大于3。根据试验建议了UHPC轴拉及轴压应力-应变关系曲线并给出了相应的方程;计算UHPC梁开裂弯矩时,考虑钢纤维对受拉区塑性发展程度的增强作用,引入抗裂修正系数对《预应力及钢筋混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)中开裂弯矩计算公式进行了修正,修正后计算结果与试验值吻合较好。计算裂缝宽度时,考虑钢纤维的增韧阻裂作用,引入裂缝修正系数对《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)中计算最大裂缝宽度的公式进行了修正,修正后计算值与试验值吻合良好;建立了UHPC梁极限承载力计算公式,理论计算值与试验值吻合良好,可作为UHPC梁理论分析和设计的参考。(3)完成了9根UHPC梁的抗剪性能试验研究。试验表明:随剪跨比的增大,试验梁破坏形式从斜压破坏逐渐转向剪压破坏、斜拉破坏;受剪斜裂缝细而密,正常使用极限状态下最大斜裂缝宽度不大于0.2mm;HRB500钢筋作箍筋时,其高强性能可以得到充分发挥;影响抗剪承载力的主要因素包括剪跨比、预加力、配箍率等。根据UHPC梁抗剪试验推导了UHPC梁开裂剪力和正常使用极限状态下最大斜裂缝宽度的计算公式;利用现有规范对UHPC的抗剪承载力进行了计算,计算结果表明现有规范计算结果过于保守;在修正压力场理论的基础上,考虑梁上部受压区混凝土和下部受拉区骨料咬合力、钢纤维有效拉力及箍筋共同提供抗剪承载力,推导了UHPC梁的抗剪承载力计算方法,并给出了简化的显示表达式,与本文试验的结果比较表明,采用该方法计算的抗剪承载力与试验结果吻合良好;最后考虑剪跨比、配箍率、预加力因素建立了超高性能混凝土梁的抗剪承载力的统计计算公式,计算值与试验值吻合较好,且变异系数较小。(4)为研究超高性能混凝土连续梁的内力重分布问题,利用非线性分析方法编制了计算弯矩调幅系数的计算程序。通过对22根HRB500钢筋超高性能混凝土连续梁的数值分析,得到了22根模拟梁在跨中集中荷载作用下达到极限承载力时的弯矩调幅系数,拟合了以截面相对受压区高度为自变量的弯矩调幅系数计算公式;最后以满足正常使用极限状态下最大裂缝宽度不大于0.2mm为条件,建议了HRB500钢筋超高性能混凝土梁的弯矩调幅系数取值方法。