拱桥因跨越能力大、承载能力强、造型优美,在桥梁工程中应用广泛。然而自重大及施工困难两大因素制约着其向更大跨径发展,减轻混凝土拱桥自重最直接的方法就是使用高强和超高强度的混凝土。拱结构属于压弯构件,如果用UHPC替代普通混凝土,一方面可充分利用其抗压强度高的特点,减小截面尺寸,减轻拱圈自重,同时弥补拱桥对地基承载力和下部结构要求较高的缺点;另一方面,由于材料具有良好的耐久性和耐腐蚀性,可以延长其使用寿命,减少全寿命周期成本,具有显著的经济效益。在国内外对UHPC展开的研究和应用背景下,本文提出了集材料、结构优势为一体的新构想—UHPC超高性能混凝土拱桥,并对此进行了尝试性地探讨与研究,从工程数量、拱圈截面刚度、内力及稳定性、动力特性等方面与普通混凝土拱桥对比,证明了UHPC应用于拱桥的可行性和优越性。具体研究内容和成果如下:(1)以攀枝花市新密地大桥为原型,对UHPC拱桥进行方案试设计和优化。通过有限元软件建立空间计算模型,并根据相关规范进行强度、刚度与稳定性验算。结果表明UHPC拱桥是可行的,满足结构受力性能要求。(2)利用UHPC的超高强度,其截面尺寸可大大减小,与普通混凝土拱桥相比,自重可减轻45.65%,混凝土用量减少49.68%,使得拱桥向更大跨径突破成为可能。(3)截面尺寸的减小引起UHPC拱桥刚度减小,同时各控制截面的应力比普通混凝土拱桥高31%—70%,但UHPC150强度是C50混凝土强度的3.25倍,故高出70%的应力也不会超过容许应力。各截面轴力减小,程度不一,用UHPC代替普通混凝土后,对拱顶弯矩减小的作用更大。(4)动力特性方面,对比前十阶模态,得出:当截面尺寸保持不变时,UHPC拱桥的自振频率高于普通混凝土拱桥,当截面尺寸减小后,UHPC拱桥的自振频率小于普通混凝土拱桥,说明EI降低使自振频率降低的影响要大于自重减小使自振频率增大的影响。(5)对试设计UHPC拱桥的极限承载力及相关参数影响进行了分析,得出以下结论:几何非线性因素对拱肋的极限承载力影响不大,材料非线性才是主要因素。在只考虑面内缺陷和面外缺陷的情况下,出现了跃越失稳,且对面外缺陷的敏感性小于对面内缺陷的敏感性。(6)矢跨比对拱桥极限承载力的影响较大,随矢跨比的减小,结构的极限荷载系数逐渐减小,选择合理的矢跨比有助于提高结构的极限承载能力。初始缺陷的增大会使结构的极限荷载系数降低,但影响很小.