混凝土桥作为桥梁工程领域较早发展的分支，相对其他分支而言已趋于成熟，但并未过时，关于混凝土桥的研究依然很多，并且也围绕新结构形式和新材料产生了很多新课题。2020年初，Junqing Xue等围绕UHPC探讨了其在无缝桥梁及相关结构构件中的运用；本文课题组的赵人达、占玉林和徐腾飞等在其混凝土桥及其高性能材料2019年度研究进展一文中，总结和概述了上年度国内外混凝土桥梁的相关研究工作，引起业界同行关注，文中指出混凝土桥及其高性能材料的研究，应继续围绕分析理论、多极端因素耦合下的性能及新材料在桥梁工程中的运用展开。在2020年结束之际，课题组对本年度的相关研究做了总结和概述，以期为广大同行提供参考借鉴，继续共同推进混凝土桥领域的研究。
1.1 混凝土桥力学性能研究方面
近年来虽然混凝土桥的力学性能，尤其是整体力学性能的研究趋于成熟，但是依然有学者在持续地对其进行完善，如：在预应力混凝土连续梁桥方面，Marco Breccolotti指出预应力钢筋的腐蚀引起的应力损失是造成相应桥梁坍塌的主要原因，并以此提出了一种新的数值方法来评估预应力损失对连续预应力混凝土桥振动频率的影响；Terry Y.P. Yuen等围绕无粘结体外预应力混凝土桥提出了一种三维离散有限元模型（图1.1），并通过前人成果对该模型进行了验证，随后采用验证后的模型分析得出：预应力增加/减少20%可导致抗弯能力增加10%/减少16.8%，但弯曲变形能力减少30.2%/增加36.6%这一结论。在混凝土拱桥分析研究方面，Mostafa Z. Abd Elrehim等利用MATLAB编程平台开发了遗传算法优化技术，并将优化结果与传统设计进行了比较，获得了明显的成本降低；René Panian等借助断裂力学中的应力强度因子，用一种新的方法预测铁路素混凝土拱桥的最大使用荷载，该新方法可较好地运用于混凝土拱桥的安全状态评估。
图1.1 PT-PCSB模型的概述和网格划分
混凝土桥构件及局部受力研究方面：Rahman S. Kareem调查了使用A1035 M(830级)或美国材料试验学会A615M(420级)高性能钢筋加固的混凝土桥面板在使用和强度极限状态下的结构性能（图1.2），通过对应变、挠度及裂纹的监测证明了该桥面板抗弯性能的优越性。Aleksandra Kury?owicz-Cudowska等基于现场温度监测、数值模拟及成熟度函数的替代方法，准确估计混凝土桥面的抗压强度，并确定了现浇混凝土桥面板的实际强度和施加预应力的最佳日期。Da Wang等通过现场量测和有限元分析（图1.3）准确地开展了混凝土箱梁桥底板破坏机理研究。除此之外，Ghafur H. Ahmed等对13个不同接头类型的箱梁试件进行了综合分析，评估了预应力的作用，混凝土抗压强度，环氧树脂的存在和剪力键的数量，钢筋的应力和应变水平，预应力钢绞线，梁体竖向位移，依次开裂的类型、时间和机理，以及接缝中的损伤水平对预制箱梁节段抗剪性能的影响。
图1.3 箱梁底板应力分析及现场实测示意图
在混凝土桥梁抗震及抗冲击性能分析研究方面：Farshad Homaei等建立有限元模型，通过增量动力分析，研究土-结构相互作用对伊朗铁路网中一座中跨旧混凝土拱桥地震响应的影响，研究指出：忽略土壤-结构相互作用会导致高估桥梁承载力和满足安全状态的置信度；当采用刚性基础模型时，桥梁破坏的重现期会延长。Yutao Pang等建立了不同纤维类型加固的FRC桥墩的地震易损性曲线，并以此来评价纤维混凝土桥墩在远场和近断层地震动作用下及不同损伤状态下的弯曲性能和破坏机制，并指出：与钢纤维增强桥墩相比，聚丙烯纤维增强桥墩在不同损伤状态下对弯曲性能和脆性破坏机理的改善更优（图1.4）。贾毅等以跨径为（177+360+177）m的结合梁斜拉桥为工程背景，采用有限元软件ANSYS建立其全桥动力分析模型，利用非线性动力时程分析方法对其进行结构地震响应分析，对比分析了该桥采用延性抗震体系和减隔震体系时的地震响应。Radek Hájek等通过数值模拟和试验手段开展了非均质混凝土-纤维网（玄武岩纤维、芳纶纤维）复合桥面对近场爆炸响应的数值评估研究，并指出在预定的损伤区域，高度不均匀的混凝土基复合材料桥面通过分层消耗爆炸能量。
图1.4 纤维单元和粘结滑移模型建立桥墩有限元模型的方案
上述研究分别从整体、局部、静力、动力、理论、试验等方面对混凝土桥梁的受力性能进行研究，进一步完善了混凝土桥力学性能的分析研究，建议可进一步开展并完善混凝土结构空间受剪力学行为相关研究，并在仿真分析方面进一步发展离散元模拟方法，以削弱现行研究中对有限元模拟的过渡依赖，提高计算精度。
1.2 混凝土桥运营与维护研究方面
除了设计阶段的整体和局部的力学分析研究，混凝土桥在其运营阶段的使用性能及维护也非常重要。在耐久性和使用性能方面：Martina ?omodíková等对捷克多座在役钢筋混凝土桥梁的性能退化程度进行评估。评估中指出：单位质量混凝土中氯化物的含量导致的钢筋腐蚀对混凝土性能退化的影响（非线性影响）非常巨大，并指出要准确定位桥梁“关键”部分（容易产生薄弱环节的筋-网重叠区域），以采取措施进行补救。Ishwarya Srikanth等对不同的桥梁劣化模型进行了评论，指出了每种模型的优点和局限性。Mahdi Yazdani等使用有限元技术对伊朗两座素混凝土拱桥进行了运营状态研究，并选取两座桥梁在静载和机车移动下的拱顶挠度以及桥梁的前三种模态作为标定标准，与有限元结果进行比较，结果表明：这些桥梁在高速列车作用下的动力性能受跨度、车辆运动速度、材料刚度、列车车厢分布和轴距的影响；通过提高车辆速度和转向架中车轴的间距来增加桥梁挠度和加速度响应；在不同跨度参数下，加速度和挠度响应受到显著的影响；时程分析结果表明，跨度较长的桥梁的动力性能对加速度响应更加敏感，跨度较短的桥梁的动力性能对位移响应更加敏感。Junyong Zhou等使用连通管系统测量了一座预应力混凝土箱梁桥的挠度，并提出了一种基于挠度的多级评估方法(交通诱导、温度诱导和时变效应诱导)来评估预应力混凝土连续刚构桥的运营状态。
在时变性能研究方面：王永宝等依托桥梁结构用混凝土，基于弹性相似理论和混凝土结构徐变变形计算公式，提出徐变相似常数调整系数的概念，推导素混凝土柱、钢筋混凝土柱、钢管混凝土柱、钢筋和预应力混凝土梁的徐变相似常数调整系数公式，并基于上述公式研究了不同缩尺比例下的模型与原型位移比例关系（图1.5），结果表明：混凝土结构的徐变相似常数调整系数随时间变化逐渐降低，然后趋于稳定；模型相似比越小，徐变相似常数越小。郭安娜依托新建杭州—温州铁路楠溪江特大桥工程，主跨采用240m双塔双索面混凝土斜拉桥，通过有限元分析软件研究运营阶段主梁、桥塔、斜拉索在混凝土收缩徐变影响下结构内力和线形变化规律，并研究混凝土斜拉桥工后徐变变形控制措施。Yangguang Yuan等通过考虑非平稳车辆载荷的时间历程和抗力退化过程的非平稳性，开展了极值建模、非平稳电阻劣化过程建模及其模型修正等工作，并依托上述工作确定了混凝土桥梁构件在运行阶段的目标可靠指标，提出了一种时变可靠性评估方法。
图1.5 不同缩尺比例下的各类构件与原型位移比例关系
在极端因素作用下混凝土桥的性能研究方面：正如2019年研究进展中所述，2020年的研究开始集中在多极端因素耦合作用方面（主要是双因素耦合）如：船舶撞击-腐蚀耦合（文中考虑了0年、50年和100年的暴露期，以及驳船和轮船两种船只类型，在有限元模型生成的响应数据的驱动下，开发了一个代理模型，既能精确估计船舶撞击响应，又能降低计算成本）、海洋环境-机械损伤耦合（讨论了暴露在海水中14年和20年后混凝土中的氯化物含量，并与开发的三维化学-湿-热-力学模型对氯化物通过混凝土保护层的传输进行数值模拟的结果进行比较，结果表明该模型能够真实地预测暴露于氯化物和机械损伤的钢筋混凝土结构的使用寿命）、冲刷-地震耦合（采用离散元法：砂土层侧向阻力-侧向挠度曲线，即：p-y曲线，来评价桥墩周围的局部冲刷机理，以反映土-结构相互作用的非线性本质，随后根据非线性时程分析对桥梁的抗震性能和相关破坏机制进行了评估）、腐蚀-地震耦合（提出了一种概率方法，用于评估用FRC桥墩建造的退化桥梁的生命周期性能，如图1.6所示，通过地震弹性分析，在不确定性条件下，评价了腐蚀环境对钢筋混凝土桥梁抗震性能的影响）、碳化-钢筋锈蚀耦合（采用改进的混凝土碳化和钢筋腐蚀模型，建立了城市大气条件下钢筋混凝土桥梁腐蚀开裂易损性分析的综合概率方法）等。
图1.6 生命周期尺度上评估时变复原力的方法
此外，由于2019年无锡独柱墩桥梁倾覆事件的发生，使得混凝土桥梁偏位与倾覆（尤其是曲线独柱墩桥）的研究也成为热门，如：彭卫兵等以浙江上虞春晖桥、哈尔滨三环路鸿福路段和赣粤高速河源出口匝道桥为算例，综合比较各种倾覆计算方法的适用性和准确性，并指出：横向转动到一定角度滑动是梁桥倾覆的主要破坏模式，尤其是对于半径小于一定程度的曲线梁桥；《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG3362—2018)中新提出的倾覆计算方法，由于未考虑刚体转动和自重的有利影响，因此结果偏保守；考虑支座尺寸影响的变形体转动倾覆承载力计算结果更接近于实际倾覆荷载；综合考虑变形体转动、自重和刚体转动的几何非线性有限元模型可以较好地模拟独柱墩梁桥倾覆极限承载力。随后又以江苏无锡312高架桥、哈尔滨三环路鸿福路段高架桥和某高架桥为例，进行强倾弱弯设计准则分析和初步验证。研究结果表明，传统独柱墩梁桥难以满足强倾弱弯设计准则，无法保证强度破坏发生在倾覆破坏之前；在忽略支座尺寸、大转动和桥梁实际抗弯承载力和设计抗弯承载力差异的前提下，抗倾覆稳定系数一般应大于2.88才能实现强倾弱弯，而不是2018版规范的2.5；根据跨径分布、箱梁线重度和支座分布等变量，给出了较易发生倾覆破坏的三跨连续梁超载系数的快速计算公式。
本文课题组成员也对防偏移、抗倾覆方面做了一些研究，如：赵成功等曾系统地研究过混凝土曲线梁桥偏移成因机理、顶升与纠偏复位方法及防偏移抗倾覆设备等，相关成果表明：曲线梁桥对于温度作用的敏感度极高、随着曲率半径的逐渐增大，各因素对径向爬移的影响均不同程度地减小，并以此提出应开展桥梁保温设施研发的倡议；然后对引发偏位的各因素进行了归类，划分出良性因素和不良因素。随后以陕西孤山川大桥为例，采用Midas Civil建立三维梁单元有限元模型，探讨曲率半径及不同顶升/顶推方案对曲线梁桥应力分布的影响，指出：竖直顶升过程中，当中间墩与相邻两墩顶升量之比为10∶7时，梁体应力增量最小；水平顶推过程中，沿垂直于弦方向进行顶推产生的应力增量远小于沿径向顶推方案。紧接着通过计算分析开发了桥梁防偏移设备，并验证了设备在静力、动力作用下的防偏移效果，如图1.7所示，安装设备后，在减小应力增量的同时，可有效防止梁体的位移。最后，还就防偏移及顶升复位设备进行研发，如图1.8所示。
图1.7 地震作用下设备的防偏移效果
图1.8 桥梁防偏移及顶升设备
上述研究从运营阶段的耐久性能到极端环境下的工作性能，再到混凝土桥运营事故实事热点问题进行了探讨，总结了混凝土桥使用阶段的相关研究。建议还应在此基础上进一步加深研究维度，如：极端环境与多种一般病害耦合下的性能研究；极端作用与其次生灾害耦合下的性能研究等，另外还应在维修与养护研究的基础上开展混凝土桥管理相关课题研究及桥梁使用者使用规范的课题研究，从多维度解决或减少事故的发生。
1.3 混凝土桥其他方面研究
近年来随着碳纤维材料的发展成熟，FRP-混凝土桥混合设计理念也逐渐引起相关学者的关注，如：Zou, X.等和A. Muc等分别开展了该方面的相关研究，他们分别对FRP-混凝土桥的结构形式进行了探索，考虑混凝土材料的非线性，对不同加载条件下的结构行为进行了研究，如图1.9-1.10所示。文献根据弯曲试验数据库，介绍了材料特性和结构配置，然后对FRP-混凝土抗剪连接件推出试验数据库中的六种典型抗剪连接件进行了比较，接下来用必要的设计方程分别分析了FRP-混凝土组合截面的三种典型破坏模式和变形性能，最后对案例研究和未来发展前景进行了讨论；文献对FRP-混凝土桥进行了初步的参数优化，包括不同的桥梁支座间距和同一桥墩上的不同的支座形状，此外，还验证了混凝土收缩的两种不同效应对混合结构强度性能的影响。除此之外，Rajai Z等采用三维非线性有限元分析方法，模拟了全尺寸FRP筋混凝土桥面板的响应，并根据公布的独立实验结果进行了适当的校准和验证。
图1.9 FRP-混凝土混合梁截面形式
图1.10 FRP-混凝土组合桥面示意图
除此之外，桥梁的智能化研究也越来越引起专家学者的重视，目前关于智能型桥梁的研究，主要围绕智能检测与监测和智能化分析展开，有关智能型混凝土桥的研究相对较少，在过去一年中，Jinsong Zhu等开发了一个基于弱监督网络（weakly supervised network）的沥青混凝土桥面裂缝智能识别系统，用于沥青混凝土桥面裂缝的检测。该系统首先通过自动编码器对数据进行区分，突出未标记的数据特征，然后通过k-均值聚类法(k-means clustering，KMC)对上述特征进行分类，最后在弱监督下对桥面缺陷图像中的裂缝进行分析，建立沥青混凝土桥面缺陷数据集，实现对数据集中的缺陷进行人工标注。Woubishet Zewdu Taffese等使用物联网技术，通过长期监测数据以及智能数据分析技术，实现了对在役结构的连续无损监测及耐久性控制，使得结构的状态评估更加可靠。Yun Zhou等基于结构动态响应模式的提取和深度学习算法，提出了一种获取桥梁上行驶车辆重量的新方法，该方法先将车辆过桥引起的响应由加速度计捕获，再将捕获的信号通过时频分析转换成二维谱图，形成便于接受和理解的视觉模式，然后使用具备自动学习特征的深度卷积神经网络(DCNN)进行对象分类，进而增强了网络系统的优化分析能力。实验数据显示，该方法可排除城市噪音等因素的干扰，准确提取车辆荷载引发的桥梁结构动力响应。
由上述可知，目前关于FRP-混凝土组合桥梁的研究还处于起步阶段，对于该类型组合桥梁的各类型截面形式的研究还不够深入，对两种材料结合面的作用问题（如：剥离、滑移等）及其解决方法还有待进一步研究，因此建议进一步开展其结合面力学行为及与截面形式相关的空间力学行为的研究，并在已有研究的基础上，探索计算模型的合理优化，实现有限元软件对其力学行为的精确模拟。另外，在混凝土桥的智能化发展方面，主要研究还是针对智能化检测和监测等方面，属于典型的被动特征。进一步地，桥梁结构的智能化发展应该从被动转为主动，不仅可主动识别及分析运营条件和自身状态，还能主动做出应对措施，如：备用预应力束的智能化自动补张拉、智能响应识别+主动控制阻尼器（AMD）的运用等。
高性能混凝土材料将从高性能、绿色环保以及智能化三个方面阐述。高性能一般指优异的力学性能、工作性能和耐久性能，这方面主要介绍超高性能混凝土（UHPC）和自密实混凝土。UHPC的高性能表现在超强的力学性能和耐久性能，而自密实是高性能混凝土的重要实现形式。在绿色环保方面，再生混凝土和地聚物混凝土是目前两个蓬勃发展的方向。再生混凝土可以消化大量危旧建筑物拆除产生的建筑垃圾，并减少天然砂石的开采，解决建筑垃圾处理、环境恶化难题。地聚物可以作为水泥的替代品。同时，生产地聚物需要大量使用粉煤灰、矿渣等工业副产品，是将其资源化利用的有效途径之一，能带来与再生混凝土相似的社会效益。在交叉学科的支撑下，智能混凝土材料也得到较快的发展，作为建筑材料领域的高新技术，为传统建材的未来发展注入了新活力，提供了全新的机遇。
2.1 超高性能混凝土
超高性能混凝土（Ultra-high Performance Concrete，UHPC），因为一般需要掺入纤维，也被称作超高性能纤维增强混凝土（Ultra-high Performance Fiber Reinforced Concrete，UHPFRC）。UHPC是一种具有超高力学性能和优异耐久性能的混凝土，近些年来一直属于研究的热点。
UHPC本身在破坏时呈现出脆性特征，通常在基体中掺入纤维以提高其韧性，近年来有学者采用FRP约束UHPC的形式来提高其韧性。邓宗才等将UHPC置于纤维增强复合材料（FRP）-钢复合管中，并研究了碳纤维布（CFRP）和玻璃纤维布（GFRP）对FRP-钢复合管约束UHPC短柱的轴压试验，结果表明：FRP的约束能有效提高短柱的承载力并改善轴向变形性能。梁旭宇等研究了受GFRP管约束UHPC的单轴应力-应变关系，发现GFRP管能够显著提高试件的极限强度和极限应变。韦建刚等研究了高强钢管UHPC短柱的轴压性能，结果表明，与普通钢管UHPC柱和高强钢管普通混凝土柱相比，高强钢管UHPC柱中钢管的局部鼓曲和UHPC的脆性特征都得到明显改善。
关于UHPC在桥梁工程中的应用研究方面，邵旭东等提出将短钢筋作为钢-超薄UHPC组合桥面板的新型连接件，并通过静力推出以及疲劳推出试验初步研究了该连接件的抗剪性能。结果表明，短钢筋连接件存在焊缝剪断和UHPC局部破坏（短钢筋拔出）两种破坏模式，其抗剪承载力介于栓钉和钢筋网焊接件之间，且其疲劳寿命略低于规范。王立国等将超短栓钉应用于钢-超薄UHPC组合桥面板，通过负弯矩试验研究了钢板厚度、钢筋直径、钢筋间距以及配筋率对该体系桥面板的抗裂性能的影响，并基于试验结果确定了裂缝宽度建议计算公式，同时以某特大跨径悬索桥为工程背景进行了有限元分析来验证超短栓钉作为钢-超薄组合桥面板的适用性。蔡文平提出了一种基于钢管连接件的钢-UHPC组合桥面板结构，并开展了推出试验以及非线性数值模拟，研究表明钢管连接件的破坏形态为下缘焊缝附近的钢管壁沿焊缝方向被剪断，其下部UHPC 被压碎，钢管连接件的抗剪性能随壁厚和钢材强度均呈线性增长。李立峰等为了解决传统混凝土盖梁自重大、吊装困难和难以实现全预制拼装的问题，提出将UHPC应用于盖梁结构，并结合实际工程进行了模型试验和有限元模拟。结果表明，新型全预制预应力UHPC盖梁结构有良好的受力和变形性能，抗裂性能好。此外，一些学者研究了部分采用UHPC的梁在不同条件下的受弯性能。Sturm等对配有钢筋和CFRP筋的UHPFRC梁进行了四点弯曲试验，结果表明，配有CFRP筋的梁在大变形下具有更大的承载力，在屈服前的主裂缝宽度更小，但开裂刚度降低。刘新华等和Zhang等研究了钢-UHPC组合梁负弯矩区的受力性能，结果均表明，UHPC能提高负弯矩区的开裂荷载，使裂缝间距减小，并抑制裂缝发展。Li等研究了混杂纤维、水胶比、骨料尺寸和温度对UHPFRC梁的抗弯性能，结果表明，具有0.5％（体积）PE和2.0％（体积）钢纤维的UHPFRC显示出最佳的弯曲性能，较高的水胶比和较小的骨料会降低UHPFRC的弯曲性能，高温会降低PE-钢混合UHPFRC的弯曲性能。Qiu等分析了配筋率、纤维长径比以及纤维类型对UHPFRC薄型T梁的抗弯性能的影响，结果表明，与直纤维相比，弯钩形纤维可以有效提高开裂荷载，而纤维长径比对此影响不大。同时提高配筋率和使用弯钩形纤维能够增加构件的承载力和弯曲刚度，并减小裂缝宽度。
综上，目前学者们对于UHPC在桥梁构件上的多方面应用进行了不断的探索和创新，然而UHPC结构造价高的经济性问题仍是制约其广泛应用的一大障碍。
2.2 自密实混凝土
自密实混凝土(SCC)可依靠自身重力充满模板并且充分密实，免去人工振捣，简化工序，进而提高生产效率，是近些年来国内外研究的热点之一。
在SCC材料的研究方面。赵行立等研究了粉煤灰掺和料和早期养护条件对SCC性能的影响，研究表明，粉煤灰对SCC的早期基本力学性能存在明显的负作用，但早期高温养护对SCC的早期力学性能有益。包丽丽重点调查了细骨料品质对SCC的影响规律，研究结果表明，细骨料品质对SCC的工作性影响较大，但对抗压强度的影响不显著。潘长春等分析了粗细骨料用量对高掺合料SCC性能的影响。试验结果表明，当粒径10mm~20mm的粗骨料占其总量接近50%时，高掺合料SCC的综合性能较好。Faez Sayahi等研究了缓凝剂、稳定剂、引气剂和减缩剂（SRA）对SCC塑性收缩开裂的影响。结果表明，通过添加引气剂和SRA可获得无裂缝的混凝土，而促进剂和缓凝剂则增加了裂缝面积。同时观察到，无裂纹的混凝土具有中等程度的沉降和水平收缩，而开裂的试样在垂直或水平方向上都表现出明显的变形。吕圆芳等探讨了冻融作用对纤维混杂增强效应系数的影响，结果表明，纤维的掺入能有效提高混凝土的抗冻性能，且PP纤维对表观质量的改善作用大于钢纤维，混杂纤维的抗冻融能力优于单掺纤维者。此外，Gupta Nikita等研究了铜渣制成的SCC的干燥收缩。结果表明，含有最多60％铜渣的SCC的干缩值低于对照SCC的值。S. Kandasamy等介绍了可控渗透模板（CPF，the controlled permeable formwork）衬里对增强SCC的耐久性的影响，结果表明，CPF混凝土对氯离子的侵入具有出色的抵抗力。
在SCC结构的研究方面。马昆林等测试了典型服役环境下SCC充填层的疲劳性能，结果表明，应力比为0.35的疲劳荷载作用200万次后，单独动荷载、水与动荷载共同作用、酸溶液与动荷载共同作用下SCC极限抗压强度分别降低了6.97%、11.19%和25.21%。张霁颜等研究了自密实混凝土桥墩的抗震性能。结果表明，钢筋与SCC试件间的粘结性能比普通混凝土的要差，SCC桥墩试件的延性能力和耗能能力也更弱。胡强等比较了钢管SCC柱与钢管自密实轻骨料混凝土柱的轴压性能，结果表明，两者皆为延性破坏，并且前者的轴心受压承载力高于后者的。
综上可知，粉煤灰对SCC的强度发展不利，细骨料的品质对SCC的强度影响不明显，提高10mm~20mm粗骨料的含量对提升SCC的性能有利。引气剂、SRA对SCC可以较好地控制SCC的塑性开裂，纤维对SCC的抗冻性有益。但是SCC与钢筋的粘结性相对较差，抗震能力相对较弱，在酸性溶液和动荷载下的强度退化较大。
此外，下列方面值得进一步研究：1.在SCC中经常使用粉煤灰，需研究改善粉煤灰反应活性的措施和机理问题；2. 优化SCC的抗震耗能问题；3. SCC在不同环境条件下的本构关系问题。
2.3 再生混凝土
在再生混凝土研究领域，再生骨料的性能提升及其对混凝土强度、耐久性等的影响规律是当前的研究重点。
Zhang等研究了再生骨料混凝土(RAC)的抗硫酸盐侵蚀能力，试验设计了完全浸泡和干湿循环两种侵蚀方案。发现旧灰浆比新灰浆的降解程度更大。与自然骨料混凝土（NAC）相比，RAC的抗硫酸盐侵蚀能力较差。段珍华等指出再生粗骨料具有吸水率高、吸水速度快的特性，对新拌混凝土流变性能有重要影响，并开展了RAC工作性能的研究。
用CO2强化再生骨料的性能是备受关注的一个方向。这方面，高越青等发现碳化后再生骨料的碱度降低，抗压强度和抗渗性显著提高，并分析了再生骨料的品质和粒径对碳化效果带来的影响，影响关系为：碳化率随再生骨料水灰比的增加而增加；骨料粒径越小，比表面积越大，碳化程度越高。蒲云辉等总结目前相关的研究成果得出如下结论：CO2强化能够改善再生骨料内部的界面过渡区，使其更加致密，这对RAC的抗硫酸盐侵蚀、抗氯盐侵蚀和抗冻融循环等多方面耐久性能都有明显的提升作用。
肖建庄等认为在建筑结构中使用RAC的时机已经基本成熟。但考虑到当前设计中存在的不足，对分析过程中的关键参数，包括力学参数、本构模型、阻尼比等提出了优化。
曹万林等分析了再生骨料在钢筋混凝土结构中的应用，指出目前研究的一些不足之处，包括：
1）多数制备的RAC强度偏低，应适当提升其强度。
2）通过缩尺模型得到的分析结果存在误差，建议补充足尺试件研究。
3）抗火性能和长期工作性能方面的研究较少，有待完善。
4）应考虑结构实际所处环境，开展多因素耦合作用对RAC构件或结构性能影响的研究。
2.4 地聚物混凝土
2020年对地聚物混凝土（GPC）的研究也有许多积极进展，例如Liu等发现可以利用以矿渣为主掺入少量粉煤灰的地聚物制备超高性能混凝土（UHPC），从而降低UHPC的造价。通过掺入硅灰和钢纤维，使得超高性能地聚物混凝土（UHPGC）的抗压强度达到150MPa以上，同时具备高韧性。
Wu等认为当前对GPC的研究大多属于材料层面，而构件层面的研究相对滞后，从而对GPC配筋梁的力学性能开展了研究，试验发现采用普通混凝土梁的设计规范低估了GPC梁的承载能力，GPC配筋构件具备良好的力学性能。
将地聚物用于3D打印也是当前的一个研究热点，Sun等通过测试塑性黏度和屈服应力发现地聚物的工作性和力学性能满足3D打印材料的要求。碱激发矿渣地聚物具有快硬早强的特点，Panda等通过掺入纳米黏土对其进行改性并制作了3D打印实物，验证了地聚物用于3D打印的可行性。
Zakka等分析GPC当前的发展，认为应解决以下问题：
1）研究可用于现场浇筑的GPC，具备合适的凝结时间以及较快的早期强度发展速度。
2）建立一种统一的配合比设计方法，该方法应考虑到GPC生产中涉及的所有变量。
3）氢氧化钠生产成本较高，因此需要新的途径来合成碱激发剂或采用其他类型成本较低的激发剂。
4）由于材料和制备方法多样，学者们对GPC强度和耐久性的认识依旧存在分歧，同时缺乏强度和耐久性的预测模型。
6）关于地聚物的微观结构特性需要进一步研究，以充分了解地聚物的微观结构行为。
7）工程中使用GPC的案例较少，缺乏相应资料以供验证分析。
笔者认为，目前学者已就GPC划分为高钙体系和低钙体系达成一致认识。虽然原材料的来源多种多样，但可根据钙含量多少，将由其制备的GPC进行分类。对制备方法以及耐久性的研究也应该是基于分类之后再讨论，而制定分类的标准也是当前迫切需要完成的工作。分析发现，耐久性问题集中出现在以F级粉煤灰基地聚物为代表的低钙体系中。
Noushini等研究发现氯离子在F级粉煤灰基GPC中扩散较快，不适用于有氯盐侵蚀的环境。另外，它还存在抗冻性薄弱问题，有研究通过掺入钢纤维改善了地聚物的力学性能，Yuan等研究了掺入纤维对其抗冻性的影响，发现弹性模量大的钢纤维对抗冻性改善显著，但其分散性不如PVA纤维，PVA纤维对抗冻性的改善作用略逊于钢纤维，但在提升抗压强度方面比钢纤维的作用明显。PP纤维的弹性模量很低，对抗冻性改善甚微。
矿渣-粉煤灰基地聚物显示出较好的力学性能与耐久性，成为目前研究的主流。随着矿渣掺量的提高，地聚物由低钙体系向高钙体系转变，但是过高的掺量又会使地聚物表现出较强的脆性。
另外，一些学者努力尝试对地聚物混凝土的强度进行设计与预测，采用的方法包括：田口设计方法、基因表达编程算法、人工神经网络模型及机器学习等。
总结起来，地聚物在被不断完善其自身力学性能及耐久性能的同时，也在向其他高性能混凝土领域渗透，例如：UHPC、ECC、自密实混凝土、3D打印混凝土、再生骨料混凝土、轻骨料混凝土等。
2.5 智能混凝土材料
智能混凝土材料的特性包括自诊断、自调节、自修复等功能，是传统混凝土材料发展的高级阶段。
在混凝土中掺入导电纤维，可以使材料具有感知应力和断裂损伤的能力。Allam等研究了碳纤维机敏混凝土在干燥过程中的阻抗变化。研究发现，在失水过程中，随着材料的劣化阻抗增大；此外，测试结果的准确性与纤维掺量和电流频率有关。在纤维掺量为0.5%以及电流为40kHz条件下，测试的准确性得到显著提升。
Kim等研究了钢纤维增强水泥基复合材料（SSFRC）在拉伸作用下的机敏性，并提出了一个模型用于表征力学性能与电学响应之间的关系，且得到了拉伸应变与纤维滑移长度的相关系数方程。
Demircilio?lu等采用铜纤维制备了机敏混凝土，内部包含粒径为15mm的粗骨料。结果表明，成本不高的铜纤维机敏混凝土在单调和循环加载条件下均表现出较高的压变敏感性。
但是，自诊断智能混凝土在投入使用前还有许多问题需要解决，其电阻率-应力关系的稳定性和准确性尚需通过实际工程进行检验。
近年来，用形状记忆合金（Shape memory alloy，SMA）制备智能建筑材料得到了极大关注。形状记忆合金具有超弹性、形状记忆效应、高阻尼、耐腐蚀性和耐疲劳性等优点。目前，土木工程领域主要利用SMA的超弹性和高阻尼进行地震损伤控制，而对其形状记忆效应的开发利用较少。例如，张哲熹等提出一种采用SMA拉索的摇摆-自复位（SCR）桥墩，如图2.1所示。研究发现，得益于摇摆机制以及SMA拉索的超弹性，桥墩试件在4%滑移率内几乎不产生损伤；采用 SMA拉索可有效降低结构残余变形以及桥墩本身的损伤。
图2.1 SMA-SCR桥墩构造
钱辉等提出了基于超弹性SMA筋的功能自恢复梁柱节点，考虑SMA材料的配置数量、配置长度和屈服强度等参数，分析了SMA材料参数对节点的滞回性能和自复位能力等性能的影响。结果表明：超弹性SMA筋混凝土梁柱节点具有较高的耗能能力和自复位能力。
形状记忆合金需要热处理才能完全消除变形。因此，还要根据实际需求，开发便捷的热处理方式或调节SMA材料的相变温度，使其良好的材料特性得以发挥。在材料研发方面，可将SMA纤维掺入混凝土，利用其形状记忆效应，制备自修复混凝土。
第三个方面，自愈合/自修复混凝土的研究也在逐渐兴起，回顾2020年的进展，微生物矿化自愈合技术和微胶囊自愈合技术占大多数。Mondal等以一种耐辐射球菌作为自愈合剂制备自修复混凝土，解决了主流的芽孢杆菌自愈合混凝土在低温下愈合效果差的问题，使混凝土裂缝可在4±1℃环境下得到修复。但是，微生物自愈合技术以裂缝表层封闭为主，能有效阻隔有害介质侵入，但使强度恢复的作用有限。Sidiq等用包裹硅酸钠的微胶囊制备自修复混凝土。结果表明，当微胶囊含量占水泥重量的2.5%和5%时，分别可修复宽度为132μm和203μm的裂缝，且材料的性能达到完全恢复。
未来，自修复混凝土还需要在微观结构无损表征、修复程度评估及现场验收方法等方面改进。同时，需要优化材料制备工艺、降低成本以加快实现大范围工程应用。
纤维增强复合材料(fiber-reinforce polymer，FRP)筋具有轻质高强、耐疲劳、抗腐蚀性好等优点，近年来已成为在酸、碱、氯盐环境下，解决钢筋锈蚀问题、代替钢筋的最佳选择，被广泛用于混凝土构件中。
FRP筋粘结性能研究：魏伟等通过对GFRP筋、CFRP筋、BFRP筋3种筋材的混凝土试件进行拉拔试验，分析其损伤机理和粘结强度，推导出不同FRP筋的锚固长度计算公式。胡长顺基于实验数据和已有经典的FRP筋与混凝土的粘结滑移本构模型，建立了符合FRP筋与全珊瑚骨料海水混凝土的三段式粘结滑移本构关系模型，并利用试验数据推导了FRP筋与珊瑚混凝土的基本锚固长度公式。李皓天通过直接拔出试验和两端拉伸试验研究FRP筋增强高粉煤灰掺量自密实混凝土（High-Volume Fly Ash Self-Compacting Concrete，简称HVFA-SCC）的粘结滑移和拉伸劲化性能。胡成超等通过120个拉拔试验重点研究了箍筋约束作用对GFRP筋粘结破坏和粘结强度的影响规律，并利用Bertero-Popov-Eligehausen（BPE）模型和Cosenza-Manfredi-Realfonzo（CMR）模型对GFRP筋在箍筋约束混凝土中粘结应力-滑移（τ-s）关系上升段进行分析。Solyom等对砂涂、螺旋缠绕、螺旋缠绕和砂涂、锯齿状和肋状等不同表面特性的FRP 筋在混凝土中的粘结性能进行了研究分析。
FRP筋混凝土梁受弯性能研究：谷圣杰等考虑了FRP筋与混凝土之间的拉伸劲化现象，采用有限条带法建立了FRP筋混凝土梁的弯矩-曲率分析模型，对 FRP筋混凝土梁的弯曲过程进行了数值模拟分析，并依据数值模拟结果提出了FRP筋混凝土的弯矩－曲率三线性简化模型。赵秋红等对GFRP筋橡胶集料混凝土梁的受弯性能进行了有限元模拟及参数分析，探究了橡胶掺量、FRP筋配筋率、混凝土强度等级及截面高度对梁受弯性能的影响。华云涛研究了BFRP筋海水海砂混凝土构件的力学性能和采用纤维编织网增强ECC（Textile Reinforced ECC，简称TRE）替代受拉区混凝土保护层来提升梁的使用性能。郭盛等在综合考虑FRP筋与混凝土间的黏结—滑移效应、裂缝间混凝土拉伸劲化效应以及材料非线性本构关系等问题的基础上，建立了FRP筋混凝土梁裂缝宽度计算的数值模型。
FRP筋混凝土梁抗剪性能研究：张智梅等基于收集到的171根FRP筋试验梁（包括无箍筋梁和配FRP箍筋梁）的抗剪承载力，分析了影响FRP筋试验梁受剪承载力的主要因素，同时对《纤维增强复合材料建设工程应用技术规范》（GB 50608—2010）的抗剪承载力计算公式进行了修正。张继旺研究了不同剪跨比和配箍率因素下，CFRP筋全珊瑚混凝土梁的受剪性能，并将其与钢筋混凝土试验梁进行对比。
FRP筋混凝土板力学性能研究：范兴朗等通过已有的FRP筋混凝土板试验数据，分析评估了已有设计规范和相关文献中的FRP筋混凝土板冲切承载力计算模型的精度。并基于临界剪切裂缝理论，提出了考虑拉伸劲化效应的FRP筋混凝土板冲切承载力的计算方法。董鹏程等根据实际桥面板受力状况，采用截面贯入式加固方法并结合FRP筋对桥面板进行抗剪加固，并针对此加固方法提出了相应的承载力计算公式。
FRP筋混凝土柱力学性能研究：朱春阳等在已有试验数据的基础上建立了FRP筋混凝土偏压柱有限元模型，并引入改进的BPE （Bertero-Popov-Eligehausen）模型，研究了FRP筋—混凝土粘结滑移对压弯柱受力全过程的影响。高华硕对一种封闭连续缠绕成型的新型FRP 箍筋，展开了相应的混凝土方柱轴压试验，并研究了在该类箍筋约束下的 FRP 筋混凝土柱的极限强度和变形能力。
综上，目前学者对于FRP筋在工程上的多方面应用进行了不断的研究和完善。此外，建议对不同种类、不同表面形式的FRP筋与混凝土的粘结—滑移本构关系模型及粘结机理；FRP筋在不同环境条件下的本构关系；以及FRP筋混凝土构件的抗震性能开展进一步的研究。
根据笔者查阅的2020年混凝土桥及其高性材料的相关研究，结合近年来相关领域的研究热点，现将上述研究进展总结、展望如下：
（1）在混凝土桥研究方面：文中所引文献分别从整体、局部、静力、动力、理论、试验等方面对其受力性能进行研究，进一步完善了混凝土桥力学性能方面的分析理论和方法，建议可继续开展并完善混凝土结构空间受剪力学行为相关研究，并进一步发展离散元模拟方法，以削弱现行研究中对有限元模拟的过渡依赖，提高计算精度。
所引文献在混凝土桥运营与维护研究方面围绕运维阶段的耐久性能、极端环境下的工作性能及混凝土桥运营事故等热点问题开展了探讨，建议在此基础上进一步加深研究维度，如：极端环境与多种病害耦合下的性能研究；极端作用与其次生灾害耦合下的性能研究等，另外，还应在维修与养护研究的基础上，开展混凝土桥管理及规范使用等方面的研究，从多维度解决或减少事故的发生。
关于FRP-混凝土组合桥梁的研究还处于起步阶段，应用较少，对于该类组合桥梁的各类型截面形式的研究还不够深入，对两种材料结合面的力学行为（如：剥离、滑移等）及其改进方法还有待进一步研究；并在已有研究的基础上开展计算模型的合理优化，实现有限元软件对其精确模拟与分析。另外，在混凝土桥的智能化发展方面，应该突破现有基于智能检测与监控条件下的被动调控现状，逐步实现桥梁结构的智能化主动监控及调控，为桥梁全智能化运营及维护的到来打好基础。
（2）混凝土材料方面：现阶段许多工程应用都反映了UHPC能达到各项要求，但成本居高不下的现实问题，限制了其在实际工程中的推广。建议在保证其优良性能的基础上，寻找降低成本的方法。
混凝土是资源和能源的消耗大户，未来应继续重视混凝土对天然资源、能源的消耗，促进绿色生产和绿色建造。目前，我国的粉煤灰囤积量巨大，每年还会新增不少。对于普通水泥混凝土，粉煤灰是可以改善其性能的绿色矿物掺和料，对于地聚物混凝土，粉煤灰是主流原材料。建议进一步研究优化粉煤灰在混凝土中的应用，这不仅能在降低混凝土造价的同时改善混凝土的各方面性能，而且可以减轻环境污染，具有良好的经济效益和社会效益。
对于具有巨大发展潜力的再生混凝土和地聚物混凝土，耐久性依旧是当前的研究重点，只有做好耐久性研究工作，才能确保混凝土材料的质量，为工程建设质量提供可靠保障。另外，目前对混凝土耐久性的研究大多是在材料层面，建议将关注点延伸到结构的耐久性，考虑如何设计和评估(新建和既有)混凝土结构的耐久性和服役年限。
未来混凝土材料将继续向着高性能和绿色节能两个方向发展。同时，特殊功能混凝土也在交叉学科的支持下得到快速发展，如：自修复混凝土、导电混凝土、耐热混凝土、植生混凝土、防辐射混凝土和装饰混凝土。建议土木工程工作者关注这些方向的发展，适时地将一些新技术引入工程建设领域。
混凝土材料具有无穷的魅力和无限的发展空间，值得研究者们孜孜不倦地去探索，以在建筑与交通领域将人类文明推向更高的水平。
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知识点：混凝土桥的高性能材料
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只看楼主 我来说两句 抢板凳看一下。。了解下这方面的内容
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