正交异性钢桥面板(下文均简称“钢桥面板”)作为钢桥桥面板的一种重要结构形式,因自重轻、强度高、工期短等优点,获得了广泛的应用。但随着服役时间的增长,钢桥面板通常会出现两类典型病害问题:桥面钢结构疲劳开裂和桥面铺装层损坏,严重影响了钢桥的安全运营。为此作者所在团队提出:将具有高抗裂强度、降收缩的钢桥面专用超高性能混凝土(UHPC),即超韧性混凝土STC(Super Toughness Concrete,STC)与钢桥面板通过抗剪栓钉形成“轻型组合桥面板结构”,以期提高钢桥面局部抗弯刚度,从根源上解决上述两类病害。在前期研究中,团队对轻型组合桥面的基本力学性能、疲劳性能等进行了深入的研究,并将其推广应用于梁桥、拱桥、斜拉桥、自锚式悬索桥等多种桥型。但轻型组合桥面在大跨柔性桥、尤其是地锚式悬索桥中的研究与应用仍然匮乏,因此本文以多座大跨柔性桥梁为工程背景,针对轻型组合桥面开展了以下研究:(1)为综合研究STC层厚度、隔板厚度、栓钉间距对轻型组合桥面结构疲劳性能的影响,分析各参数间的相关影响关系,得到基于该三种参数下轻型组合桥面结构的综合优化设计参数。以某大跨悬索桥为工程背景,建立ANSYS局部有限元模型,对不同STC厚度、隔板厚度、栓钉间距情形下,钢桥面典型疲劳开裂细节进行应力幅计算,并采用名义应力法对计算结果进行评估。基于有限元分析结果,得出以下结论:轻型组合桥面结构可以大幅提高钢桥面板的局部刚度,但对于整体刚度的贡献有限。各设计参数下的轻型组合桥面结构,对面板与U肋连接细节应力幅的改善作用均很大,降幅达到51%-91%;U肋与隔板交叉处隔板裂纹细节为轻型组合桥面结构的开裂控制细节,隔板变厚对U肋与横隔板交叉处隔板裂纹细节、U肋下缘对接焊缝细节应力幅改善较大,降幅为20%-29%;栓钉变密对U肋与横隔板交叉部位、弧形切口处细节改善作用明显,应力幅降低22.01%-27.96%;模拟的十二种轻型组合桥面结构计算方案中,有七种方案的典型疲劳细节均满足疲劳强度设计要求,有一种方案理论上不会疲劳开裂。(2)湖南岳阳洞庭湖二桥是世界首座应用钢-UHPC轻型组合桥面的千米级大跨柔性桥梁,施工中采用了水箱压重的UHPC分幅分块施工方案。本文以该桥为研究对象,分别在各块UHPC中埋设纵横向应变计,研究了UHPC分幅分块施工中的收缩性能。实桥试验结果表明,(1)大跨柔性桥梁中分幅分块浇筑的UHPC虽面临复杂的养护环境和受力环境,但仍具有良好的收缩性能:UHPC层的收缩在高温蒸汽养护阶段基本完成,养护后收缩应变基本不增加;(2)分幅分块浇筑中,UHPC层纵桥向收缩的基本趋势与节段模型试验结果类似:自然养护段收缩增长缓慢,蒸汽养护开始后收缩应变迅速增加、并在蒸养期达到最大值,其中纵桥向收缩最大值平均比节段模型大120??以上,而蒸养结束后收缩值大幅逐渐回落,最终应变稳定于-50~50??;(3)分幅分块浇筑中,UHPC层的横桥向收缩在自然养护期间增长缓慢,且增长规律大致与纵桥向收缩应变相同,但蒸养开始后,UHPC层横桥向应变由收缩变为膨胀,并稳定在50~120??,且膨胀应变约为纵桥向收缩的33%~53%,这与蒸养期间纵桥向应变的发展趋势正好相反,结束蒸养后,各横桥向应变计的应变均逐渐回落,最终表现为-20~-100??的收缩应变。(3)为解决宜昌长江公路大桥钢桥面疲劳开裂、铺装层频繁破损问题,本文提出两类共七种轻型组合桥面加固方案:第一类为需修补钢桥面疲劳裂缝的轻型组合桥面方案(方案1-A,45mmUHPC+35mmSMA;方案1-B,45mmUHPC+10mmTPO;方案1-C,50mmUHPC+35mmSMA;方案1-D,50mmUHPC+10mmTPO);第二类为不修补钢桥面疲劳裂缝的轻型组合桥面方案(方案2-A,55mmUHPC+35mmSMA;方案2-B,55mmUHPC+10mmTPO;方案2-C,50mmUHPC+10mmTPO)。基于整体有限元分析对两类方案进行评估,得出以下结论:(1)各轻型组合桥面方案中,除方案2-A(55mmUHPC+35mmSMA)不能满足要求外(主缆应力略超限),其余方案均可用于宜昌长江公路大桥的钢桥面加固。(2)在六种可行的轻型组合桥面结构方案中,加劲梁自重增加为-1.3%~9.9%,而钢梁峰值应力增加为-0.8%~0.9%;(3)UHPC层厚度相同,UHPC最大拉应力随磨耗层重量增加而变小;磨耗层相同时,UHPC层最大拉应力随其厚度增加而减小。(4)采用轻型组合桥面后,加劲梁刚度增加,活载作用下挠度减小,且减小量随UHPC厚度增加而增加。各轻型组合桥面结构方案中,主缆、吊索、塔底最大压应力的应力随桥面自重的增加而增大。