膠接縫節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁理論研究綜述

何偉，時(shí)松,王博,常亮亮，閆嵩

(1.華北水利水電大學(xué)土木與交通學(xué)院，鄭州 450045；2.許昌市建設(shè)投資有限責(zé)任公司，許昌 461000；3.中鐵十六局集團(tuán)有限公司，北京 100018)

近年來，隨著中國的綜合國力的快速增長，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)突飛猛進(jìn)。在橋梁建設(shè)上，建設(shè)速度、質(zhì)量、環(huán)保性及綜合效益等已成為重點(diǎn)關(guān)注方面。節(jié)段預(yù)制拼裝技術(shù)憑借“化整為零，集零為整”的建設(shè)思想，在施工工藝上具有工程質(zhì)量高，施工周期快，經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益較好等優(yōu)點(diǎn)[1-4]，較好地滿足了當(dāng)代橋梁建設(shè)需求，在中國逐步得到了發(fā)展應(yīng)用。

節(jié)段預(yù)制拼裝技術(shù)是一種特殊的造橋技術(shù)，是指把梁體沿橋梁的縱向劃分成若干節(jié)段，然后節(jié)段梁在梁場預(yù)制保養(yǎng)后運(yùn)到橋位處進(jìn)行拼裝的一種施工方法[5-7]。世界第一座現(xiàn)代意義上使用節(jié)段拼裝建設(shè)技術(shù)的是1962年法國工程師J.Muller在巴黎塞納河上的Choisy-le-Roi橋[8]，而中國最早是在20世紀(jì)60年代應(yīng)用該技術(shù)建造成昆鐵路上的舊莊河一號橋和孫水河五號橋[9]。關(guān)于節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁的理論研究，尤其是對膠接縫節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁的系統(tǒng)地理論研究，直到20世紀(jì)八九十年代才見報(bào)道。這主要是因?yàn)楫?dāng)時(shí)的施工建造技術(shù)比較落后，導(dǎo)致拼裝后出現(xiàn)了線形偏差較大、預(yù)應(yīng)力筋防腐不理想以及后期維護(hù)成本過大等問題，以至該項(xiàng)施工工藝應(yīng)用較少，關(guān)于節(jié)段預(yù)制拼裝結(jié)構(gòu)的理論研究也就滯后。

隨著體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的成熟，以及先進(jìn)架橋設(shè)備的發(fā)明，節(jié)段預(yù)制拼裝技術(shù)又再一次煥發(fā)光彩，到目前為止，節(jié)段預(yù)制拼裝技術(shù)施工經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)積累了很多，其理論研究也逐漸成熟了起來。

目前中國節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁多是參考國外的相關(guān)規(guī)范和經(jīng)驗(yàn)積累來設(shè)計(jì)和施工，出臺的相關(guān)規(guī)范與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)還不夠完善。因此有必要根據(jù)節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁建設(shè)的需要，對節(jié)段拼裝橋梁進(jìn)行系統(tǒng)的理論研究，以期推動節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁在中國橋梁領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展。

為此，針對目前建造技術(shù)較新穎的膠接縫節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁，對其膠接縫、剪力鍵、耐久性等理論研究現(xiàn)狀進(jìn)行了系統(tǒng)闡述；并且針對膠接縫節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁未來的研究方向進(jìn)行了展望。

1 節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁膠接縫的理論研究現(xiàn)狀

節(jié)段預(yù)制膠接縫拼裝技術(shù)近些年在中國橋梁領(lǐng)域的工程應(yīng)用如圖1、表1[10-19]、表2[10-19]所示。

來源：百度圖片(https://xw.qq.com/cmsid/20200724A0ODPB00?f=newdc&pgv_ref=share&ADTAG=share)圖1 鄭許市域鐵路高架橋施工現(xiàn)場Fig.1 Construction site of Zhengzhou to Xuchang intercity railway

表1 膠接縫節(jié)段預(yù)制拼裝鐵路橋梁工程[10-19]Table 1 Precast segmental assembling railway bridges engineering with epoxy resin joints[10-19]

表2 膠接縫節(jié)段預(yù)制拼裝公路橋梁工程[10-19]Table 2 Precast segmental assembling highway bridges engineering with epoxy resin joints[10-19]

1.1 接縫的分類

在節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁結(jié)構(gòu)中，接縫是用來連接各個(gè)節(jié)段的一種特殊構(gòu)造。根據(jù)連接方式的不同分為干接縫、濕接縫以及膠接縫3種接縫類型[20]。

干接縫由于梁段之間沒有任何連接材料，所以無法抵抗拉應(yīng)力，抗震性和耐久性存在嚴(yán)重缺陷，目前中外應(yīng)用較少[21-22]。濕接縫的施工方法屬于傳統(tǒng)的混凝土澆筑施工，20世紀(jì)90年代開始應(yīng)用，但是由于施工工序步驟較多，導(dǎo)致施工時(shí)間長、施工質(zhì)量不易保證，受溫度影響節(jié)段拼裝的線形不易控制等一系列問題，致使該項(xiàng)技術(shù)漸漸被膠接縫拼裝技術(shù)取代[10]。

膠接拼裝技術(shù)是用環(huán)氧樹脂膠將兩段梁的梁端粘接在一起，再進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉[1]。節(jié)段預(yù)制拼裝梁專用的環(huán)氧樹脂膠是一種建筑類合成膠黏劑，為無溶劑型雙組分觸變性膠[10]，分為A、B兩種成分，根據(jù)環(huán)境溫度與固化時(shí)間按一定配合比攪拌而成。膠接縫的密封性和防水性較好，可有效起到防腐的作用；而且環(huán)氧樹脂膠可以彌補(bǔ)混凝土接縫表面的不平整現(xiàn)象，防止出現(xiàn)應(yīng)力集中的情況。因?yàn)槠囱b施工時(shí)不涉及混凝土澆筑，所以不用考慮水化熱帶來的線形控制問題；此外，環(huán)氧樹脂膠的潤滑作用也可以使剪力鍵在拼裝時(shí)的定位準(zhǔn)確，使線形控制更加容易[23]。最早使用膠接縫的橋梁是1976年法國建造的Marne la Yallee高架橋，以及同年在日本建成的Kakogawa大橋，兩座橋都屬于鐵路橋梁，并首先使用了當(dāng)時(shí)新穎的膠接拼裝技術(shù)[24-25]。

隨著橋梁建造技術(shù)的要求越來越高，膠接拼裝技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛。由于構(gòu)造特殊的原因，膠接縫(圖2)為節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁的一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)[26-27],而目前針對膠接縫的理論研究主要包括膠接縫抗拉強(qiáng)度與抗剪強(qiáng)度相關(guān)的研究以及以此衍生的其他研究。

圖2 膠接縫Fig.2 Epoxy resin joint

1.2 節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁膠接縫抗拉強(qiáng)度的研究

由于中國已有的規(guī)范并未給出膠接縫中環(huán)氧樹脂膠與混凝土粘結(jié)時(shí)的相關(guān)強(qiáng)度，設(shè)計(jì)時(shí)沒有具體參考，所以節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁在進(jìn)行抗裂性設(shè)計(jì)時(shí)都會比較保守。一些學(xué)者進(jìn)行了部分關(guān)于膠接縫抗拉強(qiáng)度的研究。

李學(xué)斌等[28]、曹增華[29]、盧文良等[30]提出了節(jié)段預(yù)制膠拼橋梁在抗裂性設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)考慮節(jié)段間膠接縫的抗拉強(qiáng)度，以減少預(yù)應(yīng)力筋的使用，降低工程造價(jià)。李學(xué)斌等[28]通過對兩組接觸面積相同的混凝土試件，用過控制試件內(nèi)配筋與否，進(jìn)行軸向拉伸靜載試驗(yàn)，得到了節(jié)段間膠接縫的極限抗拉強(qiáng)度約為3 MPa，并通過分類試驗(yàn)對比得到了接縫處混凝土表面的干凈程度對極限抗拉強(qiáng)度的影響。

抗裂安全系數(shù)Kf的計(jì)算公式[29]為

Kf=(σc+γfct)/σ

(1)

式(1)中：σc為扣除預(yù)應(yīng)力損失后的混凝土預(yù)壓應(yīng)力；γ為考慮混凝土塑性的修正系數(shù)；fct為混凝土抗拉極限強(qiáng)度；σ為計(jì)算荷載在截面受拉邊緣混凝土中產(chǎn)生的正應(yīng)力。

通常在節(jié)段膠接縫橋梁抗裂性設(shè)計(jì)中，不考慮環(huán)氧樹脂膠與混凝土粘結(jié)的抗拉強(qiáng)度，取fct=0，這導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果偏保守，從而造成了材料的浪費(fèi)，經(jīng)濟(jì)性較差。在式(1)基礎(chǔ)上，通過試驗(yàn)結(jié)果對其加以修正，引入膠接縫混凝土抗拉強(qiáng)度修正系數(shù)kct，fct取值也為正常的混凝土抗拉極限強(qiáng)度，最終可得

Kf≤(σc+γkctfct)/σ

(2)

通過一片24 m的簡支工型梁的破壞試驗(yàn)，結(jié)果表明測出開裂荷載與計(jì)算荷載幾乎吻合，證明了該修正公式的可行性，建議膠接縫節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮節(jié)段間膠接縫的抗拉強(qiáng)度。

盧文良等[30]在已有研究的基礎(chǔ)上，提出了膠接縫的抗拉強(qiáng)度具有一定的離散性，并通過對4個(gè)軸心抗拉模型的靜載試驗(yàn)，分析對比得到的膠接縫極限抗拉強(qiáng)度均值與C55混凝土的極限抗拉強(qiáng)度值接近，說明混凝土與環(huán)氧樹脂之間有良好的粘接性能，并認(rèn)為接縫表面的清潔程度、環(huán)境溫度、濕度等會影響環(huán)氧樹脂膠與混凝土間的粘接強(qiáng)度，但僅是提出并未做深入的理論研究。

目前已經(jīng)建成運(yùn)營的中國鄭阜鐵路周淮特大橋[31]、泰國曼谷—呵叻高速鐵路高架[32]均在正截面抗裂計(jì)算中采用了上述研究中的節(jié)段間膠接縫的極限抗拉強(qiáng)度值，并參考曹增華[29]的修正公式，修正系數(shù)kct取0.3。

盧文良等[33]對6個(gè)膠拼彎折試件進(jìn)行靜力加載直至破壞，測得試件的彎折強(qiáng)度平均值為5.4 MPa，為素混凝土試件彎折強(qiáng)度的85%，且其破壞形式為脆性破壞，試驗(yàn)結(jié)果可為節(jié)段預(yù)制膠拼橋梁的抗裂性設(shè)計(jì)提供一定價(jià)值的參考。王瑞[34]通過對比5片試驗(yàn)梁的開裂荷載與目前研究中已提出的抗裂安全公式，發(fā)現(xiàn)目前已存在的抗裂性計(jì)算公式是偏保守的，為此提出了抗裂性檢算建議公式[式(3)]，并驗(yàn)證了其合理性。

1.2σ≤σc+0.5γfct

(3)

目前針對環(huán)氧樹脂膠接縫抗拉強(qiáng)度亟需進(jìn)行更深入的研究。上述研究僅證明了膠接縫本身具有一定的抗拉強(qiáng)度，尚未涉及抗拉強(qiáng)度的影響因素的研究，且已得到的修正過的抗裂性計(jì)算公式僅證明了其可行性，結(jié)果的精確與否還需進(jìn)一步探索。

1.3 節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁膠接縫抗剪強(qiáng)度的研究

目前，關(guān)于節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁膠接縫抗剪強(qiáng)度的研究，主要集中在結(jié)合剪力鍵一同進(jìn)行分析研究。Buyukozturk等[35]研究了對節(jié)段預(yù)制膠接縫橋梁的抗剪強(qiáng)度與變形性能，首次提出了膠接縫抗剪能力的計(jì)算公式，得出膠接縫的抗剪強(qiáng)度高于干接縫抗剪強(qiáng)度的結(jié)論，為節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。Issa等[36]通過對單鍵膠接縫進(jìn)行試驗(yàn)研究，得出高溫與低溫相比環(huán)氧樹脂膠的抗剪能力提升了28%，對比美國國家公路與運(yùn)輸協(xié)會(American Association of State Highway and Transportation Officeais,AASHTO)的指導(dǎo)性規(guī)范GuideSpecificationsfordesignandConstructionofSegmentalConcreteBridge[37]中給出的單鍵膠接縫抗剪強(qiáng)度計(jì)算公式，認(rèn)為該公式計(jì)算偏保守，忽略了環(huán)氧樹脂膠對抗剪強(qiáng)度的貢獻(xiàn)。

Shamass等[38]、Liang等[39]通過對比分析試驗(yàn)與數(shù)值模擬，認(rèn)為當(dāng)環(huán)氧樹脂膠的彈性模量大于混凝土彈性模量25%的時(shí)，膠接縫的極限抗剪強(qiáng)度不再受混凝土抗拉強(qiáng)度的影響。Shamass等[38]修正了計(jì)算膠接縫抗剪強(qiáng)度的經(jīng)驗(yàn)公式。Yao等[40]根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果證明了文獻(xiàn)[35]的計(jì)算公式高估了膠接縫抗剪承載力，而文獻(xiàn)[38]修正的公式低估了膠接縫的抗剪承載力，認(rèn)為出現(xiàn)偏差的原因在于沒有考慮膠接縫厚度對其抗剪強(qiáng)度的影響。

來源：百度圖片(https://www.tiedao.info)圖3 澳門C370輕軌Fig.3 Macao C370 light rail

王文敬等[41]以澳門C370輕軌高架橋(圖3)為工程背景，對其一段高架橋進(jìn)行有限元建模，分析其在不同工況下的應(yīng)力狀態(tài)，結(jié)果表明：膠接縫剪力在溫度荷載下的變化很小，設(shè)計(jì)時(shí)可以忽略溫度荷載對膠接縫剪力的影響，并建議在設(shè)計(jì)時(shí)對節(jié)段膠拼橋梁的抗彎剛度與抗剪強(qiáng)度進(jìn)行折減。肖俊堯[42]以鄭州西四環(huán)主線橋?yàn)楣こ瘫尘?，建立全橋有限元模型，對其靜動力學(xué)性能進(jìn)行分析，結(jié)果表明：橋梁在不同工況下受力合理，符合要求，并根據(jù)膠接縫強(qiáng)度折減等因素提出了改進(jìn)的膠接縫抗剪承載力計(jì)算公式，通過與目前已有的試驗(yàn)結(jié)果對比發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)吻合，證明了該公式的合理性。陳泓偉[43]通過7個(gè)靜載直剪試驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?4分?jǐn)?shù)值計(jì)算模型、控制變量為單鍵膠接縫與平膠接縫，分析膠接縫在直剪作用下的剪切破壞特征，試驗(yàn)結(jié)果表明：膠接縫的直剪作用下在出現(xiàn)裂縫后迅速破壞，破壞形式為脆性破壞；數(shù)值結(jié)果表明：正應(yīng)力水平明顯延緩接縫的破壞過程，但對膠接縫的初始剛度沒有影響。

閆澤宇[44]以超高性能混凝土材料(ultra-high performance concrete,UHPC)為主要研究對象，在Lee等[45]針對UHPC材料濕接縫抗剪能力研究結(jié)論的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了2組UHPC膠接縫剪切試驗(yàn)，控制變量為側(cè)向應(yīng)力水平和有無鍵齒，得出UHPC膠接縫的破壞形式為脆性破壞的結(jié)論，并認(rèn)為UHPC的抗壓強(qiáng)度增大時(shí)，膠接縫的極限抗剪承載力也會隨之提高。

以上對于膠接縫抗剪強(qiáng)度影響因素的研究，只有Yao等[40]涉及膠接縫厚度對其抗剪承載能力的影響，而關(guān)于環(huán)氧樹脂膠的性能、涂膠工藝的不同等對膠接抗剪強(qiáng)度影響的研究處于起步階段，還有待進(jìn)一步研究。

1.4 節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁膠接縫厚度的研究

Mazumdar等[46]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)膠接縫厚度增大到一定數(shù)值，截面的極限承載能力反而會下降，但該研究存在較大的局限性，缺乏具體分析厚度增加帶來的具體影響以及厚度增大的原因。為此，李偉超[47]分別建立膠接縫厚度為2、3、4 mm節(jié)段梁的有限元模型，根據(jù)應(yīng)力、變形結(jié)果可知：膠接縫越厚，膠接縫的壓縮變形量越大，會導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力損失的增加；膠接縫越厚，膠接縫的應(yīng)力分布越不均勻。徐兵[48]對膠拼試件的表面厚度與中心厚度隨機(jī)選擇30處進(jìn)行測量，擠壓應(yīng)力為0.1～0.5 MPa，得出膠拼試件的表面接縫厚度平均值為0.74 mm，中心厚度的均值為0.5 mm，并分析導(dǎo)致接縫變厚的原因在于：一是不同模具澆筑成的試件存在差異，匹配度較低；二是試件拼裝時(shí)放置的位置不夠平整；三是存在人工測量誤差。盧文良等[49]也針對膠接縫厚度進(jìn)行了研究，對11組互相匹配并設(shè)置剪力鍵的A、B兩塊試件統(tǒng)一施加約0.3 MPa壓應(yīng)力，試驗(yàn)測得膠接縫厚度的平均值為0.48 mm，標(biāo)準(zhǔn)差為0.23 mm，分析了影響膠接縫厚度的原因，認(rèn)為膠接縫越厚，對橋梁的耐久性越不利，同時(shí)也會造成預(yù)應(yīng)力損失增大；由于環(huán)氧樹脂膠的彈性模量低于混凝土的，所以膠接縫過厚會降低結(jié)構(gòu)的整體剛度。梁華廉[50]分別建立了單齒鍵與三齒鍵的有限元模型，控制變量為膠接縫的厚度(膠接縫的厚度為：1、2、3 mm)，分析結(jié)果可知，1 mm與2 mm厚度的膠接縫的極限承載能力大于3 mm厚度的膠接縫，同時(shí)驗(yàn)證了文獻(xiàn)[46]的結(jié)論。李琪勇等[51]從膠接縫厚度對梁體變形的影響方面展開了研究，建立了某兩跨連續(xù)高架橋的有限元模型進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，結(jié)果表明：當(dāng)接縫涂膠上下厚度不均勻時(shí)，會小幅度影響梁體的豎向變形，左右涂抹不均勻時(shí)，對梁體的線性會產(chǎn)生較大的影響。

姜云等[52]以南京江心洲大橋(圖4)膠拼構(gòu)件為研究對象，給出了優(yōu)化后的環(huán)氧樹脂膠接縫厚度控制區(qū)間為4～6 mm，厚度過大則會使整體剛度降低，同時(shí)也導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力損失增大。

目前關(guān)于膠接縫厚度的理論研究僅停留在厚度變大的成因上，而關(guān)于接縫變厚導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)性能變化的研究還有待深入探討。

來源：百度圖片(https://www.njdaily.com)圖4 南京江心洲長江大橋Fig.4 Jiangxinzhou Yangtze River Bridge in Nanjing

2 節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁剪力鍵的理論研究現(xiàn)狀

剪力鍵(圖5)是節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁中的重要結(jié)構(gòu)，是由鍵齒與鍵槽構(gòu)成，是接縫處承載剪力最重要的部分。剪力鍵一般在頂板、底板以及腹板上分散設(shè)置，通常不加設(shè)鋼筋，一般設(shè)置形式分為單齒與多齒[53]。

圖5 鄭許市域鐵路節(jié)段預(yù)制箱梁Fig.5 Segmental precast box girder of Zhengzhou to Xuchang intercity railway

剪切是剪力鍵的主要受力行為，剪力鍵的抗剪強(qiáng)度影響著整座橋梁的力學(xué)性能[54]。自20世紀(jì)90年代起，中外學(xué)者通過理論推導(dǎo)、數(shù)值模擬以及試驗(yàn)?zāi)M針對剪力鍵的受力特性、剪力影響因素、剪力鍵的破壞特性等開展了大量分析研究。

雖然文獻(xiàn)[37]中給出了接縫處的抗剪承載力的計(jì)算公式，但Zhou等[55]、Alcalde等[56]、Jiang等[57]、Turmo等[58]、Shamass等[59]都認(rèn)為該公式只參考了單齒剪力鍵的試驗(yàn)結(jié)果，并沒有考慮多齒剪力鍵中應(yīng)力不均勻的現(xiàn)象，而在現(xiàn)代橋梁建設(shè)中，多齒剪力鍵的應(yīng)用越來越廣泛，如果在設(shè)計(jì)中再使用該公式會導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果偏大。

Zhou等[55]在文獻(xiàn)[37]給出的公式基礎(chǔ)上，通過一系列平接、單鍵齒、三鍵齒拼裝試件的足尺試驗(yàn)研究，并將控制參數(shù)設(shè)為膠接縫厚度、水平應(yīng)力、混凝土強(qiáng)度等級，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果建議在多鍵接縫的設(shè)計(jì)中，引入一定的折減系數(shù)，但該研究沒有對折減系數(shù)的具體計(jì)算方法進(jìn)行說明。Alcalde等[56]則是采用數(shù)值模擬的方法，對單鍵齒、三鍵齒、五鍵齒和七鍵齒4種接縫形式進(jìn)行計(jì)算，發(fā)現(xiàn)當(dāng)剪力鍵數(shù)越多，接縫能傳遞的平均剪應(yīng)力就越小，但這種影響隨著鍵數(shù)的增加也越來越小，并在文獻(xiàn)[37]給出的公式的基礎(chǔ)上提出了新的抗剪承載力計(jì)算公式。Jiang等[57]通過試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值模擬對比分析，認(rèn)為剪力鍵的布置形式對接縫的抗剪承載能力有一定影響，提出了三鍵式剪力鍵干接縫的抗剪強(qiáng)度折減系數(shù)為0.7。Turmo等[58]通過干接縫多鍵齒的抗剪性能試驗(yàn)，將試驗(yàn)結(jié)果與文獻(xiàn)[37]抗剪承載公式的計(jì)算結(jié)果對比，驗(yàn)證多鍵齒的極限抗剪承載力是否等于同等鍵齒數(shù)量的單鍵齒接縫的極限抗剪承載能力的代數(shù)和，結(jié)果表明多鍵齒的極限抗剪承載力應(yīng)乘上一個(gè)折減系數(shù)。Shamass等[59]根據(jù)已有的干接縫與膠接縫試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，進(jìn)行了有限元數(shù)值分析，發(fā)現(xiàn)文獻(xiàn)[37]給出的公式得出的抗剪承載力與數(shù)值分析結(jié)果預(yù)測的抗剪承載力結(jié)果存在差異。

汪雙炎[60]最早開展了剪力鍵數(shù)量對抗剪承載能力影響的研究，通過對模擬比為1∶4的三鍵齒與五鍵齒的剪力鍵模型進(jìn)行抗剪試驗(yàn)研究，試驗(yàn)結(jié)果表明：五鍵齒的抗剪性能在3種工況下都是優(yōu)于三鍵齒的抗剪性能的，并且五鍵齒的受力更加均勻。孫莉[61]通過數(shù)值模擬分析剪力鍵數(shù)目對節(jié)段梁接縫的抗剪承載能力的影響，認(rèn)為膠接縫鍵齒拼裝梁的抗剪性能接近于混凝土現(xiàn)澆梁的抗剪性能，提出了建議抗剪計(jì)算公式。李甲丁[62]以南京長江四橋節(jié)段預(yù)制拼裝剛構(gòu)體系為工程背景，根據(jù)試驗(yàn)與有限元模擬計(jì)算結(jié)果，給出了建議干接縫與膠接縫抗剪承載能力公式，認(rèn)為剪力鍵面積會影響剪力鍵的直剪強(qiáng)度。王建超[63]以南京長江四橋?yàn)槔?，研究了剪力鍵數(shù)目對接縫抗剪承載能力的影響，通過對15個(gè)試件的剪切破壞以及背景工程的有限元分析計(jì)算，得出三鍵齒接縫的抗剪性能很大程度上優(yōu)于單鍵齒接縫，且三鍵齒抗剪承載力不等于3個(gè)單鍵齒抗剪承載力的代數(shù)和，這與Turmo等[58]的研究結(jié)果一致。宋守壇[64]通過10個(gè)節(jié)段拼裝試件的抗剪試驗(yàn)，提出了鍵齒尺寸為影響因素的抗剪計(jì)算公式。孫雪帥[65]設(shè)計(jì)了14個(gè)與鍵齒尺寸相關(guān)的試件，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果認(rèn)為鍵齒尺寸對接縫抗剪承載力的影響不大，并且隨著剪力鍵厚度的減小，鍵齒的受力狀態(tài)會發(fā)生改變，從斜壓向斜剪過渡，導(dǎo)致接縫的承載能力降低。沈殷等[66]從理論上解釋了多鍵接縫上剪力不均勻分布的原因，并通過數(shù)值模擬的方法建立了文獻(xiàn)[57]中的試驗(yàn)?zāi)Ｐ停治龅贸隹紤]剪力不均勻分布時(shí)的接縫抗剪承載力的計(jì)算方法，并對比Alcalde等[56]、Jiang等[57]給出的計(jì)算公式，得出文獻(xiàn)[37]中的計(jì)算公式在不同種類剪力鍵布置形式下的計(jì)算誤差。袁愛民等[67-68]在不同研究中，通過控制試驗(yàn)中剪力鍵的各種變量，得出了剪力鍵抗剪性能的相關(guān)結(jié)論。首先在文獻(xiàn)[67]中通過控制試件剪力鍵的齒深與齒距，通過對比分析試件在直剪狀態(tài)下的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)剪力鍵的直減承載能力并不會與齒距和齒深的變化而有明顯改變，并建議在設(shè)計(jì)中不要盡量增加剪力鍵的齒距與齒深，以滿足預(yù)制的工序簡化與拼裝涂膠時(shí)的方便。然后在文獻(xiàn)[68]中通過在試驗(yàn)中改變剪力鍵的數(shù)目與剪力鍵的配筋方式，發(fā)現(xiàn)雙鍵齒配筋試件的抗剪承載力相對于未配筋試件的抗剪承載力提高了8.73%，而三鍵齒的配筋試件的抗剪承載力僅提高了4.52%，并結(jié)合Buyukozturk等[35]得出的公式，提出了配筋鍵齒膠接縫的抗剪極限承載能力的預(yù)測公式，另外通過配有體內(nèi)束穿過膠接縫的試件，發(fā)現(xiàn)其抗剪承載力不僅相比于未配筋試件有明顯提高，而且相比僅鍵齒配筋的試件也有顯著的提升。

但上述研究中在試件中配有體內(nèi)束，雖然其抗剪承載力有了明顯的提升，但在實(shí)際工程中配有體內(nèi)束很大程度上增加了施工難度，與節(jié)段預(yù)制拼裝技術(shù)的施工優(yōu)勢不切合，而且上述關(guān)于剪力鍵的研究多集中在直剪狀態(tài)下的受力性為，但工程中工況較為復(fù)雜，剪力鍵處在彎剪狀態(tài)、疲勞荷載下的情況較為常見，但目前該方面的研究還是幾乎空白的階段。

3 膠接縫節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁耐久性研究

接縫是節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁的薄弱的環(huán)節(jié)，在膠接縫節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁中膠接縫的密閉性以及預(yù)應(yīng)力孔道的灌漿質(zhì)量影響著整座橋梁的耐久性[69-70]。環(huán)氧樹脂膠的配合比、攪拌質(zhì)量、涂膠厚度都會對膠接縫的密閉性產(chǎn)生影響[71]。而節(jié)段梁在澆筑、拼裝時(shí)都會產(chǎn)生一定的誤差，從而導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力孔道存在一定的錯位，在灌漿時(shí)出現(xiàn)漏漿、漏氣的情況，難以保證孔道的密閉性，從而導(dǎo)致對預(yù)應(yīng)力筋的保護(hù)能力降低，影響橋梁的耐久性[72]。

由于沒有試驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐，文獻(xiàn)[37]中即使在一定程度上考慮了接縫對橋梁耐久性影響，但也不足以對工程中的耐久性設(shè)計(jì)起到重要的參考。Li等[73]、李國平等[74]基于此原因，通過對接縫的耐久性相關(guān)試驗(yàn)，得出了不同的具有一定參考價(jià)值的結(jié)論。Li等[73]通過分組試驗(yàn)，以整體澆筑混凝土、濕接縫、膠接縫為研究對象，得出整體澆筑的混凝土抗氯離子腐蝕的能力要強(qiáng)于濕接縫的，而氯離子在膠接縫中擴(kuò)散系數(shù)是波動的。李國平等[74]基于Li等[73]的試驗(yàn)結(jié)果，對接縫的耐久性對結(jié)構(gòu)的整體影響進(jìn)行了深入的研究，分析得出環(huán)氧樹脂膠接縫具有良好的密封性與氣閉性，但連接面的水泥砂漿基體會大大降低環(huán)氧樹脂膠的耐久性，并認(rèn)為在清除水泥砂漿的同時(shí)增大混凝土強(qiáng)度等級會顯著地提高環(huán)氧樹脂膠的耐久性。

來源：百度圖片(https://www.highestbridges.com)圖6 黃韓侯鐵路芝水溝特大橋Fig.6 Zhishuigou bridge of Huang-Han-Hou Railway

高明昌等[75]基于黃韓侯鐵路芝水溝特大橋(圖6)的耐久性設(shè)計(jì)，對提高節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁耐久性提出一些具有參考價(jià)值的建議：接縫處采用物理性能與化學(xué)性能良好的環(huán)氧樹脂膠，其具有良好的密閉性與耐久性，可以較好地防水防腐，保護(hù)預(yù)應(yīng)力筋；預(yù)應(yīng)力體內(nèi)配束；預(yù)應(yīng)力孔道壓漿時(shí)采用真空壓漿工藝保證灌漿的氣密性、不漏漿。商耀兆[32]在此基礎(chǔ)上，根據(jù)泰國曼谷至呵叻高速鐵路高架橋耐久性設(shè)計(jì)，提出了在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)就要保證在正常使用狀態(tài)下截面全部受壓，提高正截面抗裂安全系數(shù)以達(dá)到提高橋梁耐久性的目的。

4 結(jié)論與展望

針對膠接縫節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁，對其膠接縫、剪力鍵、耐久性等的理論研究現(xiàn)狀進(jìn)行了系統(tǒng)闡述。根據(jù)已有研究得出如下結(jié)論。

(1)目前中外學(xué)者對于膠接縫受力性能已經(jīng)進(jìn)行了一定程度上的研究，但是提出的公式中都僅僅證明了合理性，關(guān)于膠接縫強(qiáng)度精確計(jì)算公式還有待進(jìn)一步研究。

(2)實(shí)際工程中剪力鍵由于工況的復(fù)雜性多數(shù)是在彎剪、疲勞荷載的作用下工作，而已有研究中多數(shù)是在直剪作用下的試驗(yàn)；關(guān)于膠接縫剪力鍵抗剪承載力的計(jì)算公式，在以上的研究中都有涉及，但是研究中都還缺少剪力鍵不同布置形式下的抗剪承載力的具體計(jì)算公式，所以目前該研究只是處于起步階段。

(3)目前關(guān)于橋梁耐久性的研究著重于施工階段預(yù)應(yīng)力孔道密閉性的研究，然而關(guān)于環(huán)氧樹脂膠壽命、環(huán)氧樹脂膠與混凝土粘接強(qiáng)度對耐久性的影響的研究尚鮮見報(bào)道。

目前關(guān)于膠接縫節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁的各種理論研究都處于起步階段，部分理論研究目前甚至還處于空白階段，目前的研究重點(diǎn)應(yīng)針對膠接縫節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁形成全套的設(shè)計(jì)理論，更好地推動該項(xiàng)技術(shù)在中國的發(fā)展，因此除了膠接縫受力性能以及剪力鍵形式的研究，還應(yīng)包括橋型、截面形式、輔助設(shè)施等的設(shè)計(jì)研究，筆者認(rèn)為研究可從以下幾點(diǎn)開展。

(1)鐵路橋梁領(lǐng)域里環(huán)氧樹脂膠壽命對橋梁耐久性的影響。目前節(jié)段預(yù)制拼裝膠接縫橋梁在鐵路橋梁領(lǐng)域的應(yīng)用越來越多，但是由于鐵路橋梁具有荷載沖擊大，行車密度大等特點(diǎn)，膠接縫里的環(huán)氧樹脂膠在長期的振動沖擊下，有可能發(fā)生疲勞而強(qiáng)度降低進(jìn)而導(dǎo)致破壞。環(huán)氧樹脂膠被破壞后對預(yù)應(yīng)力筋保護(hù)也會下降，影響橋梁的整體性與耐久性。因此基于疲勞荷載下環(huán)氧樹脂膠壽命的研究，對橋梁的耐久性研究有著重要的意義。

(2)進(jìn)一步研究剪力鍵的面積、鍵深、布置形式等對結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的影響。由于目前對剪力鍵的理論研究仍處于起步階段，許多工程設(shè)計(jì)中仍靠經(jīng)驗(yàn)來確定剪力鍵的面積、鍵深、布置形式等。所以進(jìn)一步對剪力鍵的研究有助于剪力鍵的合理設(shè)計(jì)，為節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁膠接縫的抗剪強(qiáng)度與剪切特性提供重要的理論支撐。

(3)節(jié)段預(yù)制拼裝膠接縫鐵路橋梁結(jié)構(gòu)體系的研究。目前針對節(jié)段預(yù)制拼裝膠接縫鐵路橋梁的研究大多數(shù)都是關(guān)鍵構(gòu)件的研究，而關(guān)于橋梁結(jié)構(gòu)體系的研究極少。目前許多工程項(xiàng)目中，膠接縫節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁的設(shè)計(jì)大多是靠經(jīng)驗(yàn)判斷，而可參考的理論依據(jù)也大多是國外的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，不能完全適用于國內(nèi)的工程情況。因此針對不同的項(xiàng)目情況，研究膠接縫節(jié)段預(yù)制拼裝鐵路橋梁的橋型方案，以及截面形式、梁高等選用原則，并形成系統(tǒng)理論依據(jù)，以推動節(jié)段預(yù)制拼裝膠接縫橋梁在中國鐵路橋梁領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展。

(4)節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)的研究。目前節(jié)段預(yù)制拼裝梁憑借諸多優(yōu)點(diǎn)，逐步成為中國橋梁結(jié)構(gòu)形式發(fā)展的新方向。雖然在一些工程實(shí)際中已經(jīng)得到了應(yīng)用，但是總體來說還只是占比較小的一部分。基于此原因，在今后的研究中，可針對節(jié)段預(yù)制拼裝膠接縫橋梁的截面參數(shù)的控制、構(gòu)造細(xì)節(jié)、輔助設(shè)施設(shè)計(jì)等進(jìn)行系統(tǒng)研究，形成理論經(jīng)驗(yàn)，并制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，讓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工過程有理可依，促進(jìn)行業(yè)發(fā)展。