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随着高速铁路的迅猛发展,对桥梁结构性能的要求也越来越高,高性能材料的合理应用成为提高结构性能的有效途径。为推动高性能混凝土材料在现代桥梁结构中的应用,本文提出将活性粉末混凝土材料应用于预应力混凝土梁的下部,形成预应力活性粉末混凝土和普通混凝土叠合梁结构形式,在充分发挥活性粉末混凝土材料超高力学性能和优异耐久性的同时,合理利用了普通混凝土材料的抗压强度和廉价性的优点。本文针对预应力活性粉末混凝土和普通混凝土叠合梁的抗弯性能进行了试验和理论研究。基于相似原理,以铁路标准2101号梁为原型,开展了预应力活性粉末混凝土和普通混凝土叠合模型梁静载抗弯试验。试验结果表明:相同预应力度情况下,随着活性粉末混凝土高度的增加,叠合梁延性增大;相同活性粉末混凝土高度的情况下,随着预应力度增加,叠合梁开裂荷载增大;预应力活性粉末混凝土叠合梁表现出典型的抗弯破坏类型,在梁底钢筋屈服的同时,梁顶混凝土被压碎;预应力活性粉末混凝土和普通混凝土叠合梁跨中荷载-挠度曲线发展可分为4个阶段:开裂前弹性阶段,带裂缝工作阶段,普通钢筋屈服后强化阶段,极限破坏后下降阶段;叠合梁跨中截面应变发展基本符合平截面假定,在试验过程中叠合梁的活性粉末混凝土与普通混凝土叠合面处无错动产生,始终保持良好整体工作状态。以材料本构关系和截面分析方法为基础,对预应力活性粉末混凝土和普通混凝土叠合梁的抗弯全过程进行了非线性计算分析,计算结果与试验结果吻合良好。以此为基础对预应力叠合梁抗弯影响因素进行了全面分析。以开裂荷载为依据,给出了预应力叠合梁中活性粉末混凝土高度合理区间为梁截面高度的22%～53%。以试验结果和预应力叠合梁全过程分析结果为基础,提出了考虑活性粉末混凝土高度和抗拉强度的预应力活性粉末混凝土和普通混凝土叠合梁开裂荷载、屈服荷载、极限荷载的计算方法和公式。基于试验结果对规范中预应力叠合梁的裂缝宽度和短期刚度的计算公式进行了修正,以考虑活性粉末混凝土优异的材料性能。在对叠合梁延性影响因素分析的基础上,基于试验结果拟合出了预应力叠合梁延性计算公式。对预应力活性粉末混凝土和普通混凝土叠合梁抗弯开裂损伤进行了分析。采用声发射技术对叠合梁抗弯过程中开裂损伤进行研究。活性粉末混凝土材料具有弥散裂缝的功能,在荷载作用下产生大量细小裂缝。试验得出相同钢绞线情况下的预应力叠合梁在相同荷载作用下的撞击累计数要远大于预应力普通混凝土梁;在荷载作用前,活性粉末混凝土材料内平均波速为4342.8mm/s,普通混凝土材料内平均波速为2337.7mm/s;计算得出了声发射Ib值,在与预应力叠合梁试验过程对比的基础上,发现Ib值与预应力叠合梁损伤开裂过程有明显相关性,并对结构最终破坏有一定预示作用。给出了与叠合梁不同开裂发展阶段对应的Ib值区间,为声发射在实际工程中的应用及损伤识别提供试验依据。