UHTC 功能梯度濕接縫的抗沖擊性能

梅若詩(shī)，王 凱，余國(guó)慶，郭柳君

（華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院，江西 南昌 330013）

預(yù)制橋面板濕接縫因其便于工人施工并能顯著縮短工期的特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于橋梁工程中[1]，作為橋梁上的關(guān)鍵受力構(gòu)件[2]，在其服役過程中，不可避免地會(huì)承受落石、 跳車現(xiàn)象等沖擊荷載作用，從而導(dǎo)致濕接縫尤其是縱向濕接縫部位發(fā)生開裂、塌陷等病害現(xiàn)象， 進(jìn)而將嚴(yán)重影響橋梁的使用壽命。 對(duì)預(yù)制橋面板濕接縫進(jìn)行抗沖擊性能的研究并預(yù)測(cè)其破壞壽命，改進(jìn)濕接縫設(shè)計(jì)方案以延長(zhǎng)破壞壽命，減少維修費(fèi)用，具有十分重要的實(shí)用意義和科學(xué)研究?jī)r(jià)值。

超高韌性混凝土（ultra-high toughness concrete，UHTC，也稱超高性能混凝土）是一種新型的混凝土結(jié)構(gòu)建筑材料，因其優(yōu)越的機(jī)械性能和材料性能被逐漸應(yīng)用于橋梁工程中。 針對(duì)UHTC 的力學(xué)性能及其配比設(shè)計(jì)已有諸多研究報(bào)道[3-15]，并取得了許多積極的成果。 然而，這類研究都忽略了制作UHTC 的材料需要較高的成本，這大大限制了UHTC 在橋梁工程中的廣泛應(yīng)用。

已有研究表明，UHTC 對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)整體抗拉強(qiáng)度的提高效果明顯優(yōu)于抗壓強(qiáng)度的提高效果[16]，整個(gè)混凝土結(jié)構(gòu)均為成本較高的UHTC 顯然是不經(jīng)濟(jì)合理的。 由此提出了UHTC 功能梯度混凝土這種多層混凝土結(jié)構(gòu)的概念[17]。 目前對(duì)功能梯度混凝土的研究主要集中在對(duì)其抗彎性能、抗剪性能以及斷裂性能等[16，18-21]，而對(duì)UHTC 功能梯度濕接縫這種UHTC 與素混凝土（normal concrete，NC）協(xié)同受力的組合結(jié)構(gòu)的抗沖擊性能及其沖擊壽命的相關(guān)預(yù)測(cè)還不夠。 同時(shí)存在大量研究表明[22-24]，濕接縫的破壞主要發(fā)生濕接縫受拉側(cè)。 結(jié)合技術(shù)經(jīng)濟(jì)性考慮，本文引入功能梯度組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念將預(yù)制橋面板濕接縫縱向受拉部分NC 替換成UHTC， 形成一種預(yù)制橋面板UHTC 功能梯度濕接縫，圖1 為預(yù)制橋面板UHTC 功能梯度濕接縫設(shè)計(jì)示意圖。 本文通過落錘沖擊法研究了UHTC 功能層相對(duì)厚度以及UHTC 層抗壓強(qiáng)度的大小對(duì)濕接縫模型試件的抗沖擊性能的影響，同時(shí)結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立終裂沖擊壽命預(yù)測(cè)數(shù)學(xué)模型。

圖1 預(yù)制橋面板UHTC 功能梯度濕接縫設(shè)計(jì)示意圖Fig.1 Schematic diagram for designing wet joint of functional gradient of prefabricated bridge deck UHTC

1 試驗(yàn)概況

1.1 原材料

本試驗(yàn)所用原材料： 江西海螺水泥有限公司生產(chǎn)的42.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥（C）；南昌產(chǎn)石灰?guī)r質(zhì)碎石（G），粒徑5～10 mm 連續(xù)級(jí)配；贛江江砂（S），細(xì)度模數(shù)為2.8，屬于Ⅱ區(qū)中砂；南昌市火電廠生產(chǎn)的Ⅰ級(jí)粉煤灰（FA），平均粒徑65.71 μm；江西鋼廠產(chǎn)的S95 級(jí)礦粉（SL），平均粒徑49.52 μm；挪威?？瞎旧a(chǎn)的中密質(zhì)硅灰（SF），平均粒徑0.1 μm；精細(xì)石英砂（QS），SiO2含量大于97%，粒徑0.3～0.6 mm；江蘇博特新材料有限責(zé)任公司產(chǎn)的JM-PCA（Ⅰ）型高效聚羧酸減水劑（PC）；江蘇博特新材料有限公司生產(chǎn)的SBT-SRAⅠ系列混凝土減縮劑（SRA）；纖維是由鋼纖維（STF）和聚丙烯纖維（PP）按比例混雜而成，兩種纖維形態(tài)如圖2。 纖維特征參數(shù)見表1，其中：fy為抗拉強(qiáng)度；Eu為彈性模量；D 為纖維直徑；L為纖維長(zhǎng)度；δ 為纖維吸水率。

表1 纖維性能指標(biāo)Tab.1 Fiber performance index

圖2 纖維種類Fig.2 Fiber type

素混凝土按強(qiáng)度等級(jí)C40 進(jìn)行配制，其質(zhì)量配合比水泥∶粉煤灰∶砂∶粗骨料∶減水劑∶水為1∶0.112∶1.739∶2.720∶0.003∶0.371。 為研究抗壓強(qiáng)度對(duì)UHTC濕接縫抗沖擊性能的影響，設(shè)計(jì)出4 種不同抗壓強(qiáng)度的UHTC，配比見表2。

表2 超高韌性混凝土配合比Tab.2 Proportion of UHTC kg/m3

1.2 試件制作

立方體抗壓試驗(yàn)采用150 mm×150 mm×150 mm標(biāo)準(zhǔn)。 抗沖擊性能試驗(yàn)采用落錘法進(jìn)行評(píng)價(jià)。 落錘法模型試件尺寸為150 mm×150 mm×40 mm。 為研究不同UHTC 功能層相對(duì)厚度對(duì)超高韌性濕接縫抗沖擊性能的影響，共制備了5 種不同UHTC 功能層相對(duì)厚度的預(yù)制橋面板UHTC 功能梯度濕接縫模型試件。 抗沖擊性能試驗(yàn)方案見表3，其中Hr為相對(duì)功能梯度厚度， 即UHTC 層相對(duì)總厚度的比值；fcu為UHTC 的抗壓強(qiáng)度。

表3 抗沖擊性能試驗(yàn)方案Tab.3 Impact resistance test scheme

本試驗(yàn)素混凝土與超高韌性混凝土均采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)攪拌，其中對(duì)于超高韌性混凝土為防止纖維成團(tuán)并保證其均勻分散至基體中，先將除纖維以外的混合料加入攪拌機(jī)干拌2 min， 然后加入50%的水以及全部減水劑和減縮劑的混合液攪拌1 min，再依次加入鋼纖維和聚丙烯纖維濕拌2 min，最后加入剩余的50%的水?dāng)嚢?～7 min， 直至纖維分散均勻。 NC 單層體系模型試件和UHTC 單層體系模型試件一次澆注成型并充分振搗密實(shí)，而UHTC 功能梯度模型試件采用分層澆注法進(jìn)行澆注。 在試模內(nèi)先澆注普通混凝土層，當(dāng)素混凝土充分振搗并達(dá)到預(yù)設(shè)層厚時(shí)，在其表面進(jìn)行界面增強(qiáng)處理，隨后澆注超高韌性混凝土并適當(dāng)插搗。

1.3 試驗(yàn)方法

立方體抗壓強(qiáng)度按CECS 13：2009 《纖維混凝土試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》[25]進(jìn)行測(cè)試，測(cè)得其28 d 抗壓強(qiáng)度。 落錘法沖擊試驗(yàn)參照美國(guó)混凝土協(xié)會(huì)544（ACI544）提出的落錘法[9]，圖3 為落錘法沖擊試驗(yàn)示意圖。 沖擊過程中仔細(xì)觀察試件表面，當(dāng)試件表面出現(xiàn)第一條肉眼可見微裂縫時(shí)視為初裂，記此時(shí)的沖擊次數(shù)為初裂壽命N1；繼續(xù)沖擊循環(huán)，當(dāng)試件破壞至與4 塊擋板中的任意3 塊相接觸時(shí)，視為試件破壞，記此時(shí)的沖擊次數(shù)為終裂壽命N2；定義U 為沖擊延性指數(shù)，表征混凝土初裂后的剩余抗沖擊性能[26]；沖擊耗能Ak也是描述構(gòu)件抗沖擊性能的重要指標(biāo)之一，其定義式如下所示

圖3 落錘法沖擊試驗(yàn)示意圖Fig.3 Schematic diagram of impact test with drop-weight method

式中：m 為鋼球的質(zhì)量，本研究中取4.5 kg；g 為重力加速度，取9.81 N/kg；h 為鋼球落距，本研究中取500 mm。

2 結(jié)果與討論

2.1 破壞形態(tài)

對(duì)于沖擊試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮嚰?在沖擊荷載的作用下，各試件組呈現(xiàn)出不同的沖擊破壞形態(tài)。 圖4 為沖擊試驗(yàn)的破壞形態(tài)。 素混凝土試件NC 在表面出現(xiàn)1～2 條貫穿裂縫后完全斷裂為2～3 塊，均表現(xiàn)出明顯的混凝土脆性破壞特征，這說明在沖擊作用時(shí)素混凝土內(nèi)部應(yīng)力分布狀態(tài)是不均勻的，導(dǎo)致局部應(yīng)力過大而斷裂； 對(duì)功能梯度混凝土試件和單層UHTC 試件，在表面出現(xiàn)第1 條裂縫后，未發(fā)生脆性破壞，仍然能繼續(xù)承受沖擊荷載作用，隨著沖擊次數(shù)的不斷增加，產(chǎn)生新裂縫，而且隨著原有裂縫繼續(xù)擴(kuò)展，直至試件破壞，出現(xiàn)3～4 條裂縫，將試件分成3～4 塊，裂縫呈X 形分布，表現(xiàn)出明顯的韌性破壞特征，在相同抗壓強(qiáng)度條件下，隨著UHTC 功能層相對(duì)厚度的增加，沖擊荷載作用點(diǎn)附近的細(xì)小裂縫會(huì)更多， 而在UHTC 功能層相對(duì)厚度一定時(shí)，抗壓強(qiáng)度越大， 沖擊荷載作用點(diǎn)附近的細(xì)小裂縫越多。 以上表明，由于纖維的加入，混凝土基體由脆性破壞變?yōu)轫g性破壞，試件發(fā)生開裂后，鋼纖維和聚丙烯纖維對(duì)裂縫具有橋接的作用，纖維的拉斷和拔出對(duì)沖擊荷載產(chǎn)生的能量有一定的消耗作用，阻止裂縫的擴(kuò)展， 提高了整個(gè)試件的延性與沖擊韌性。綜上，UHTC 功能層能有效改善結(jié)構(gòu)的阻裂能力和抗沖擊性能。

圖4 模型試件沖擊破壞形態(tài)Fig.4 Impact failure form of model specimen

2.2 沖擊壽命

如圖5 為fcu=165 MPa 時(shí)的初裂壽命N1以及初裂終裂壽命差ΔN 隨UHTC 功能層相對(duì)厚度Hr變化的變化趨勢(shì)。 由圖5 可知，隨著UHTC 功能層相對(duì)厚度的增加，初裂壽命N1與初裂終裂壽命差ΔN都有不同程度的增長(zhǎng)，并且隨著UHTC 功能層相對(duì)厚度的增加，2 種沖擊壽命的增長(zhǎng)速率也逐漸變大。

圖5 沖擊壽命與UHTC 功能層相對(duì)厚度的關(guān)系Fig.5 The relationship between impact life and relative thickness of UHTC function layer

預(yù)制橋面板UHTC 功能梯度濕接縫模型試件沖擊壽命的增加表明其抗沖擊性能增強(qiáng)。 試驗(yàn)結(jié)果表明沖擊壽命N 可以表示為關(guān)于UHTC 功能層相對(duì)厚度的指數(shù)函數(shù)（圖5），其函數(shù)表達(dá)式為

式中：a，b 和c 為與澆筑方式、養(yǎng)護(hù)條件以及素混凝土性能等試驗(yàn)初始條件有關(guān)的參數(shù)， 一般而言，當(dāng)除UHTC 功能層相對(duì)厚度的試驗(yàn)條件確定時(shí)，a+b+c=const，而且這個(gè)常數(shù)等于素混凝土的理論終裂壽命；α 為與初裂前與混凝土的阻裂性能和抗沖擊性能相關(guān)的參數(shù)， 定義為初裂前功能層厚度增效指數(shù)，用于表征UHTC 功能層相對(duì)厚度對(duì)混凝土的初裂前抗沖擊性能的增效作用；β 為與初裂后與混凝土的阻裂性能和抗沖擊性能相關(guān)的參數(shù)，定義為初裂后功能層厚度增效指數(shù)，用于表征UHTC 功能層相對(duì)厚度對(duì)混凝土的初裂后抗沖擊性能的增效作用。 結(jié)合式（1）和式（3），可得終裂壽命N2計(jì)算公式

式中：β=α（1－Dimpact）。 定義Dimpact為沖擊劣化因子，表示沖擊荷載下，混凝土初裂后，功能層厚度增效指數(shù)的劣化作用。

將式（3）、式（5）代入式（2），得到超高性能功能梯度混凝土沖擊延性關(guān)于UHTC 功能層相對(duì)厚度的函數(shù)為

已知U 的表達(dá)公式，將該公式作為擬合公式結(jié)合原始數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合得到相應(yīng)的參數(shù)見表4。隨著抗壓強(qiáng)度的增大，Dimpact逐漸減小直至為負(fù)值。已知高性能混凝土中的纖維能降低混凝土表面水分蒸發(fā)速率， 并減小混凝土內(nèi)外濕度差和溫度差，從而減少混凝土因水分蒸發(fā)， 收縮作用引起的孔洞，進(jìn)而提高混凝土的抗沖擊性能。 這里在抗壓強(qiáng)度為140 MPa 時(shí)Dimpact為負(fù)值，很大程度上可能是因?yàn)樗z比較大，UHTC 的強(qiáng)度不足，UHTC 中的纖維已經(jīng)不能明顯減少混凝土因水分蒸發(fā)、收縮作用引起的孔洞以抵抗混凝土初裂后的裂紋擴(kuò)展。

表4 濕接縫模型試件沖擊延性擬合系數(shù)Tab.4 Fitting coefficient of impact ductility of wetjoints model specimens

2.3 沖擊耗能

根據(jù)圖6， 對(duì)各組濕接縫模型試件的沖擊耗能Ak進(jìn)行對(duì)比分析。 由圖6 可以看出：對(duì)于UHTC 功能層厚度相同的模型試件， 其Ak隨著UHTC 抗壓強(qiáng)度的增大而增大，且增大幅度隨著UHTC 抗壓強(qiáng)度的增大而增大。 當(dāng)UHTC 功能層相對(duì)厚度Hr為0.50，抗壓強(qiáng)度從165 MPa 減少到140 MPa 時(shí)，濕接縫模型試件Ak分別降低了10.2%，22.0%和43.5%。此外， 隨著UHTC 功能層相對(duì)厚度的增加Ak的降低率增大。 這表明其UHTC 功能層對(duì)濕接縫抗沖擊性能具有較好的增強(qiáng)效應(yīng)。

圖6 沖擊耗能Fig.6 Impact energy

2.4 初裂與終裂沖擊壽命間的關(guān)系

如圖7 為不同抗壓強(qiáng)度下初裂壽命N1與終裂壽命N2的關(guān)系。 由圖7 可知，初裂壽命和終裂壽命存在某種線性相關(guān)性， 并且隨著抗壓強(qiáng)度的增加，這種線性關(guān)系的斜率也在減小。

試驗(yàn)結(jié)果表明終裂壽命可以表示為關(guān)于初裂壽命的線性函數(shù)（圖7），其函數(shù)表達(dá)式為

圖7 濕接縫沖擊壽命間的曲線擬合Fig.7 Curve fitting between the impact life of wet joints

式中：B 為與抗壓強(qiáng)度相關(guān)的參數(shù)。

如表5 為不同抗壓強(qiáng)度下的參數(shù)B。隨著抗壓強(qiáng)度的增大，B 逐漸減小， 在抗壓強(qiáng)度為145～160 MPa時(shí)參數(shù)B 變化不大， 這表明在該抗壓強(qiáng)度范圍下，終裂壽命受初裂壽命的影響反應(yīng)并非十分強(qiáng)烈。

表5 濕接縫模型試件沖擊壽命線性擬合系數(shù)Tab.5 Fitting coefficient of impact life of wetjoints model specimens

2.5 灰色關(guān)聯(lián)分析

2.5.1 灰色關(guān)聯(lián)分析方法

為了進(jìn)一步研究相對(duì)功能厚度、抗壓強(qiáng)度以及初裂壽命對(duì)預(yù)制橋面板UHTC 功能梯度濕接縫抗沖擊性能的影響程度，衡量各因素影響程度的相對(duì)主次順序，本文選擇鄧聚龍教授[27]提出的灰色關(guān)聯(lián)分析模型進(jìn)行分析。 關(guān)聯(lián)分析作為灰色系統(tǒng)理論中應(yīng)用廣泛的分支，其基本思想是根據(jù)序列曲線幾何形狀的相似程度來判斷其聯(lián)系的緊密程度。 該方法能夠在信息受限、關(guān)系模糊的情況下，通過無量綱化處理使無序的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)橛幸?guī)律的數(shù)據(jù)，分析并確定多個(gè)自變量與多個(gè)因變量的關(guān)聯(lián)程度[27-28]。

設(shè)參考數(shù)列X_0={X_0 （1），X_0 （2），X_0（3），…，X_0（n）}（在本文中即是終裂壽命數(shù)據(jù)列）；設(shè)比較數(shù)列X_i={X_i（1），X_i（2），X_i（3），…，X_i（n）}(i=1，2，3)（在本文中指的是UHTC 功能層相對(duì)厚度數(shù)據(jù)列、抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)列以及初裂壽命數(shù)據(jù)列）。

因?yàn)槊拷M數(shù)列代表的不同的物理意義，量綱以及數(shù)量級(jí)會(huì)有很大的差異，若強(qiáng)行直接進(jìn)行計(jì)算分析，得到的關(guān)聯(lián)度系數(shù)之間沒辦法比較，對(duì)各數(shù)據(jù)列進(jìn)行無量綱處理。 本文采用初值化的無量綱化處理方式得到新一組的參考數(shù)列和比較數(shù)列，計(jì)算過程如下

式中： 本文中i=1，2，3；k=1，2，3， …，n；ρ 為分辨系數(shù)，用來提高關(guān)聯(lián)系數(shù)之間的差異性顯著性，這里取ρ=0.5。

2.5.2 灰色關(guān)聯(lián)分析結(jié)果

根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)分析步驟和落錘法沖擊試驗(yàn)結(jié)果，確定灰色關(guān)聯(lián)分析原始數(shù)據(jù)列，見表6。 原始數(shù)據(jù)列進(jìn)行無量綱化處理后，結(jié)果如表7 所示。

表6 灰色關(guān)聯(lián)分析原始數(shù)據(jù)列Tab. 6 Gray correlation analysis on raw data columns

表7 原始數(shù)據(jù)列初值化Tab.7 Initialization of raw data columns

利用軟件Matlab 計(jì)算UHTC 功能層相對(duì)厚度、抗壓強(qiáng)度、初裂壽命與終裂壽命的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)ξ 和關(guān)聯(lián)度R，結(jié)果如圖8 和表8 所示。 由表8可知，3 種影響因素對(duì)終裂壽命的影響程度由強(qiáng)到弱排列為：N1>Hr>fcu>0.5，前兩個(gè)關(guān)聯(lián)度均大于0.8。說明初裂壽命以及UHTC 功能層相對(duì)厚度對(duì)終裂壽命的影響十分顯著， 其中初裂壽命的影響最大。 抗壓強(qiáng)度的關(guān)聯(lián)度為0.510，其對(duì)終裂壽命影響較顯著。

圖8 灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)Fig.8 Gray correlation coefficient

表8 各因素與破壞沖擊壽命的關(guān)聯(lián)系數(shù)及關(guān)聯(lián)度Tab.8 Correlation coefficient and degree between abrasion loss and various factors

3 UHTC 終裂沖擊壽命多因素預(yù)測(cè)模型

灰色關(guān)聯(lián)分析表明，各因素對(duì)終裂壽命的影響都較為顯著；因此在建立終裂壽命多因素模型時(shí)需要綜合考慮各個(gè)因素的影響。

3.1 預(yù)測(cè)模型建立

根據(jù)沖擊壽命與功能層厚度典型關(guān)系推導(dǎo)出的沖擊延性關(guān)于UHTC 功能層相對(duì)厚度的關(guān)系式（5）， 轉(zhuǎn)化為終裂壽命關(guān)于UHTC 功能層相對(duì)厚度的關(guān)系式

圖9 Dimpact 回歸曲線Fig.9 The regression curve of Dimpact

將式（11）代入式（10）得到第一種終裂壽命預(yù)測(cè)數(shù)學(xué)模型（Model_Ⅰ）

在2.4 節(jié)中， 求得終裂壽命與初裂壽命的關(guān)系表達(dá)式（7），關(guān)系式（7）在形式上比關(guān)系式（10）要更加簡(jiǎn)單， 但其未考慮UHTC 功能層相對(duì)厚度的影響，而初裂壽命在一定程度上也受到功能層厚度的影響， 可由初裂壽命和抗壓強(qiáng)度作為影響因素預(yù)測(cè)預(yù)制橋面板UHTC 功能梯度濕接縫的終裂壽命。其中，與抗壓強(qiáng)度fcu有關(guān)的參數(shù)B 的回歸曲線如圖10，由圖可得到參數(shù)B 的回歸表達(dá)式為

圖10 參數(shù)B 回歸曲線Fig.10 The regression curve of parameter B

將式（13）代入式（7）得到第2 種終裂壽命預(yù)測(cè)數(shù)學(xué)模型，命名為Model_Ⅱ

3.2 預(yù)測(cè)模型的檢驗(yàn)與分析

將本文中預(yù)制橋面板UHTC 功能梯度濕接縫的終裂壽命預(yù)測(cè)模型Model_Ⅰ和Model_Ⅱ計(jì)算得到的預(yù)測(cè)值與濕接縫模型試件終裂壽命的試驗(yàn)值分別進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果如圖11 所示。 圖中的橫坐標(biāo)為模型試件終裂壽命的試驗(yàn)值，縱坐標(biāo)分別為預(yù)測(cè)模型Model_Ⅰ和Model_Ⅱ計(jì)算得到的模型值，實(shí)線為試驗(yàn)值和模型值等值的參考線，另兩條虛線表示變異系數(shù)為0.3 并且置信度為90%時(shí)磨損量模型值的上限與下限。由圖11（a）得知，對(duì)于預(yù)測(cè)模型Model_Ⅰ，試驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)分布在上下限以內(nèi)且十分接近等值參考線，說明該預(yù)制橋面板UHTC 功能梯度濕接縫多因素計(jì)算模型能夠較好地反映UHTC 功能層相對(duì)厚度、 抗壓強(qiáng)度以及初裂壽命的關(guān)系；而對(duì)于預(yù)測(cè)模型Model_Ⅱ（圖11（b）），雖然在終裂壽命較大，即濕接縫抗沖擊能力較大時(shí)能夠較好預(yù)測(cè)終裂壽命的大小，但在終裂壽命比較小，即濕接縫強(qiáng)度較弱時(shí)，模型值與試驗(yàn)值偏差較大。 在實(shí)際橋梁工程中，若已知UHTC 功能梯度濕接縫強(qiáng)度較大時(shí)，可用使用形式更加簡(jiǎn)單的預(yù)測(cè)模型Model_Ⅱ?qū)K裂壽命進(jìn)行粗略的預(yù)測(cè)，但若要對(duì)UHTC 功能梯度濕接縫的終裂壽命較為精細(xì)一些的預(yù)測(cè)，可采用吻合情況更加良好預(yù)測(cè)模型Model_Ⅰ。

圖11 濕接縫終裂沖擊壽命的試驗(yàn)值與模型值Fig.11 Test value and model value of failure impact life of concrete

此外經(jīng)計(jì)算得知，終裂壽命預(yù)測(cè)模型Model_Ⅰ和Model_Ⅱ模型值與試驗(yàn)值的比值的均值分別為μI=1.01，μⅡ=1.24，標(biāo)準(zhǔn)差σI=0.115 2，σⅡ=0.383 6，變異系數(shù)δI=0.113 6，δⅡ=0.309 7， 這表明上述預(yù)制橋面UHTC 功能梯度濕接縫終裂壽命多因素計(jì)算模型Model_Ⅰ的預(yù)測(cè)精度較高，適用性良好，而Model_Ⅱ的精度較差，適用性也相對(duì)較差。

4 結(jié)論

采用落錘法研究了UHTC 功能層厚度和UHTC抗壓強(qiáng)度對(duì)預(yù)制橋面板UHTC 功能梯度濕接縫的抗沖擊性能的影響規(guī)律，并結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立破壞壽命預(yù)測(cè)數(shù)學(xué)模型，得出如下結(jié)論。

1） UHTC 功能層的設(shè)置可明顯改善素混凝土濕接縫的抗沖擊性能，使其由脆性破壞變?yōu)轫g性破壞。 沖擊壽命可以表示為關(guān)于UHTC 功能層相對(duì)厚度的指數(shù)函數(shù)，并在此基礎(chǔ)上提出了關(guān)于UHTC功能層相對(duì)厚度的濕接縫模型試件沖擊延性預(yù)測(cè)模型。

2） 對(duì)于UHTC 功能層厚度相同的模型試件，其Ak隨著UHTC 抗壓強(qiáng)度的增大而增長(zhǎng)，且增長(zhǎng)幅度隨著UHTC 抗壓強(qiáng)度的增大而增大。 此外， 隨著UHTC 功能層相對(duì)厚度的增加Ak的增長(zhǎng)率越大。這表明其UHTC 功能層對(duì)濕接縫模型試件整體抗沖擊性能具有較好的增強(qiáng)效應(yīng)。

3） 在抗壓強(qiáng)度一定時(shí)，落錘法沖擊試驗(yàn)得到的終裂壽命可以表示為關(guān)于初裂壽命的線性函數(shù)。

4） 根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)分析，得到3 種影響因素對(duì)終裂壽命的影響程度由強(qiáng)到弱排列為：N1>Hr>fcu>0.5，前兩個(gè)關(guān)聯(lián)度均大于0.8，說明初裂壽命以及UHTC功能層相對(duì)厚度對(duì)終裂壽命的影響十分顯著，其中初裂壽命的影響最大。 抗壓強(qiáng)度的關(guān)聯(lián)度為0.510，其對(duì)終裂壽命影響較為顯著。

5） 基于沖擊延性預(yù)測(cè)模型， 推導(dǎo)出了UHTC功能層相對(duì)厚度， 抗壓強(qiáng)度以及初裂壽命共同影響下濕接縫模型試件的終裂壽命預(yù)測(cè)數(shù)學(xué)模型Model_Ⅰ。 基于落錘法得到的初裂壽命與終裂壽命線性相關(guān)性，推導(dǎo)出了抗壓強(qiáng)度以及初裂壽命為影響因素的濕接縫模型試件的終裂壽命預(yù)測(cè)數(shù)學(xué)模型Model_Ⅱ。 將試驗(yàn)值與模型值進(jìn)行比較計(jì)算，得出預(yù)制橋面UHTC 功能梯度濕接縫終裂壽命多因素計(jì)算模型Model_Ⅰ的預(yù)測(cè)精度較高， 適用性良好，而Model_Ⅱ的精度較差，適用性也相對(duì)較差。但在實(shí)際橋梁工程中，若已知UHTC 功能梯度濕接縫強(qiáng)度較大時(shí)， 可用使用形式更加簡(jiǎn)單的預(yù)測(cè)模型Model_Ⅱ?qū)K裂壽命進(jìn)行粗略的預(yù)測(cè)， 但若要對(duì)UHTC 功能梯度濕接縫的終裂壽命較為精細(xì)一些的預(yù)測(cè)，可采用吻合情況更加良好預(yù)測(cè)模型Model_Ⅰ。