作为工程界公认的过去30年中最具创新性的水泥基工程材料,超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete,简称UHPC)拥有优越的力学性能与耐久性能。拱桥是以受压为主的结构,将UHPC应用到拱桥中能充分发挥该材料的超高抗压强度。UHPC箱形拱的优势有很多,如明显减小构件截面尺寸,降低桥梁自重,提高跨越能力,缩短施工周期,提高桥梁耐久性,延长使用寿命等。UHPC材料性能介于普通混凝土和钢材之间,轻薄化的UHPC拱圈在强大的压力作用下,比普通混凝土构件更容易出现局部失稳的问题。因此对于UHPC箱形拱而言,不仅要考虑材料的强度问题,更需关注薄壁构件的稳定行为。相应地,计算UHPC箱形拱的承载力时,既要考虑整体稳定性的影响,同时也需要考虑局部稳定性的影响。本文从拱的实际特点出发,重点开展UHPC构件与结构层面的力学行为、UHPC箱形薄壁构件受压破坏特征与UHPC箱形拱结构稳定承载力等相关研究。其中本文主要研究内容及结论如下:(1)剖析了 UHPC材料的制备机理,掌握了后续试验所用UHPC材料的抗压、抗折、弹模等力学参数,为后期试验研究与有限元模拟分析提供了材料基础。(2)开展了 UHPC箱形薄壁柱轴心受压试验研究,分析了此类构件的破坏形态、局部失稳特征、荷载—变形关系以及极限承载力等,同时通过ABAQUS软件进行建模分析、对比验证;基于试验实测结果与钢箱构件的承载力经验公式,提出了考虑局部稳定性的UHPC箱形薄壁构件受压承载能力计算公式。(3)通过借鉴钢构件的稳定承载力计算公式并结合UHPC材料特性,提出了基于等效梁柱法原理的超高性能混凝土箱形拱承载力计算公式,该公式可充分考虑局部稳定性的影响;开展了 UHPC箱形拱单点加载试验研究,探究了其裂缝分布、荷载—变形关系以及失效模式等特征,并利用ABAQUS建立了考虑UHPC材料和几何双重非线性的有限元模型进行对比分析,结果表明两者吻合较好;相比于传统等效梁柱法和有限元分析法得到的结果,试验实测承载力更接近考虑局部失稳的超高性能混凝土箱形拱的承载力计算结果,证明了该公式有着较好的适用性。本文研究成果可为超高性能混凝土箱形拱桥后续设计理论的研究提供积极的借鉴作用。