彭華春,張康康,時(shí) 松,何 偉

(1.中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,武漢 430063； 2.華北水利水電大學(xué),鄭州 450045；3.許昌建設(shè)投資有限責(zé)任公司,河南許昌 461000)

1 概述

節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁由于具有高質(zhì)量、高效益、更環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，體現(xiàn)了當(dāng)今社會(huì)綠色、低碳、可持續(xù)的發(fā)展理念，應(yīng)用日趨廣泛[1]。節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁技術(shù)的基本思想是“先化整為零，后化零為整”，即將橋梁整體劃分為多個(gè)節(jié)段，在工廠預(yù)制完成后再運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組裝，最后施加預(yù)應(yīng)力。在預(yù)應(yīng)力與剪力鍵共同作用下，接縫傳遞剪力和彎矩，最終使預(yù)制節(jié)段梁成為一個(gè)整體。節(jié)段預(yù)制拼裝技術(shù)最早出現(xiàn)在法國，1946年地處法國的Luzancy橋是首座采用節(jié)段預(yù)制拼裝技術(shù)的橋梁；1962年同樣是地處法國的Choisy-le-Roi橋首座采用了短線法的節(jié)段預(yù)制橋梁，隨后在解決了預(yù)應(yīng)力筋的腐蝕問題后，節(jié)段預(yù)制拼裝技術(shù)在世界各地得到迅速發(fā)展。在國內(nèi)，20世紀(jì)60年代成昆鐵路舊莊河1號(hào)橋采用了節(jié)段預(yù)制拼裝技術(shù)建造，但由于施工設(shè)備和技術(shù)落后，導(dǎo)致該技術(shù)未能在國內(nèi)得到推廣應(yīng)用。直到20世紀(jì)90年代后期，隨著我國橋梁和相關(guān)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，節(jié)段預(yù)制橋梁拼裝技術(shù)才開始在國內(nèi)諸多領(lǐng)域推廣應(yīng)用，如蘇通大橋、黃韓候芝水溝大橋和新瀏河大橋等，如圖1～圖3所示，更多國內(nèi)采用節(jié)段預(yù)制拼裝法典型橋梁如表1所示。但從整體來看，采用節(jié)段預(yù)制拼裝技術(shù)的橋梁占我國每年所建橋梁總量的比例極少，應(yīng)用范圍與其技術(shù)優(yōu)勢(shì)完全不匹配，關(guān)于節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁技術(shù)的研究在國內(nèi)依然不夠成熟[2]。

圖1 蘇通大橋

圖2 黃韓候鐵路芝水溝大橋

圖3 新瀏河大橋

表1 國內(nèi)采用節(jié)段預(yù)制拼裝法典型橋梁

近年來，關(guān)于節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁研究國內(nèi)外有較豐富的研究成果，張立青等[2]、JOHN J·Sun[3]、陳彪[4]、王春明[5]先后對(duì)節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁技術(shù)進(jìn)行了研究。本文主要為短線法節(jié)段預(yù)制橋梁上部結(jié)構(gòu)的整體受力性能、接縫性能、施工關(guān)鍵技術(shù)和施工仿真分析等方面的研究成果綜述。

2 節(jié)段預(yù)制橋梁整體性能研究

節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁具有質(zhì)量高、施工工期短、施工條件廣、對(duì)交通影響小等優(yōu)點(diǎn)，但與傳統(tǒng)橋梁相比其整體性較差[6]。目前，國內(nèi)外關(guān)于節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁整體性能的研究主要集中在耐久和疲勞性能研究、彎剪扭及彎剪扭復(fù)合作用研究、抗裂性能研究和力學(xué)性能等方面。

在耐久和疲勞性能研究方面，2005年張燕飛等[7]對(duì)國內(nèi)外節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁腐蝕問題及耐久性設(shè)計(jì)研究情況進(jìn)行了探討；2009年CLIFFORD[8]研究了大跨度節(jié)段拼裝橋梁的耐久性；2012年羅鳴等[9]針對(duì)節(jié)段梁接縫和預(yù)應(yīng)力筋耐久性設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，提出了耐久性設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)，研究表明，接縫數(shù)量和位置、剪力鍵設(shè)計(jì)、環(huán)氧樹脂膠性能均會(huì)對(duì)接縫耐久性造成影響，體內(nèi)預(yù)應(yīng)力橋梁應(yīng)嚴(yán)格控制預(yù)應(yīng)力孔道灌漿制梁，體外預(yù)應(yīng)力橋梁應(yīng)進(jìn)行減振和防腐設(shè)計(jì)；2019年鄭萬成[10]也做了耐久性設(shè)計(jì)相關(guān)的研究；鄭強(qiáng)[11]研究了節(jié)段預(yù)制膠接拼裝橋梁的疲勞性能，結(jié)果表明，節(jié)段預(yù)制膠接拼裝橋梁在循環(huán)荷載作用下的疲勞破壞，是由于預(yù)應(yīng)力筋率先疲勞斷裂導(dǎo)致的受彎脆性破壞；適當(dāng)提高預(yù)應(yīng)力水平，能夠在一定程度上避免疲勞裂縫的開展及延伸，并采用ABAQUS建立了有限元模型，有限元計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果較吻合。

在彎剪扭作用研究方面，2003年李學(xué)斌等[12]通過對(duì)節(jié)段拼裝橋梁建立ANSYS三維有限元模型，研究了體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁受力特征和正截面彎曲破壞形態(tài)；分析了預(yù)應(yīng)力筋尺寸和布置位置對(duì)節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁的影響等。

2007年李國平等[13-15]分別做了體外預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁橋和連續(xù)梁橋的剪切、彎曲性能試驗(yàn)研究和抗剪承載力計(jì)算，以接縫形式、配箍率、剪跨比和體內(nèi)外預(yù)應(yīng)力配筋比為變量，給出了模型梁應(yīng)力和撓度隨荷載的變化規(guī)律，以及破壞過程及形態(tài)，并推導(dǎo)了接縫截面抗剪承載力計(jì)算公式。同年，柳慧芬等[16-17]又進(jìn)行了三跨和不同施工方法下預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁彎曲性能試驗(yàn)研究，研究表明：在加載時(shí)會(huì)發(fā)生應(yīng)力重分布，其方向均朝向加載跨反方向，且最大值并非在破壞時(shí)出現(xiàn)；不同施工方法雖然會(huì)影響其應(yīng)力重分布規(guī)律，但對(duì)最終破壞模式?jīng)]有影響。

2010年JIANG等[18]對(duì)節(jié)段預(yù)制體外預(yù)應(yīng)力拼裝橋梁進(jìn)行了力學(xué)分析。該研究采用類似體內(nèi)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的分析方法，對(duì)體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁進(jìn)行了彎曲和剪切性能研究。2011年NGUYEN等[19]研究了體外預(yù)應(yīng)力筋混凝土梁的抗剪性能，研究表明：體外預(yù)應(yīng)筋彎折段比直線段的抗剪承載力高；整梁不僅受接縫的影響還受體外預(yù)應(yīng)力筋錨固位置影響。

2020年盧文良等[20]通過研究節(jié)段預(yù)制膠接拼裝構(gòu)件的彎折強(qiáng)度，結(jié)果表明：構(gòu)件的彎折破壞是脆性破壞；彎折強(qiáng)度在4.8～6.0 MPa之間。該研究可為節(jié)段預(yù)制膠接拼裝橋梁抗裂設(shè)計(jì)提供參考。

2020年YAN等[21]提出了一種新的高效數(shù)值模型，用于分析節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁在各種彈塑性加載狀態(tài)下的抗彎性能。該模型是由混凝土箱梁節(jié)段單元、鋼筋單元和接縫單元等三部分組成的梁-筋單元混合模型。作者推導(dǎo)了有限元計(jì)算公式，并提出了修正方法，通過比較幾個(gè)足尺模型的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，結(jié)果表明，該模型具有較好的適用性和計(jì)算效率。

在彎剪扭復(fù)合作用方面，2003年黃真等[22]研究了節(jié)段預(yù)制無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁在彎剪扭復(fù)合作用下的計(jì)算模型和破壞機(jī)理。結(jié)果表明：在純彎和純扭作用下節(jié)段預(yù)制梁比整體澆筑梁的極限承載能力分別降低15%和8%；提出了節(jié)段預(yù)制橋梁在彎扭剪作用下的計(jì)算模型和極限承載力計(jì)算公式。

2013年袁愛民等[23]根據(jù)對(duì)1:10縮尺橋梁模型進(jìn)行試驗(yàn)，研究了節(jié)段預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁在彎剪復(fù)合作用下的橋梁變形、裂縫等問題。結(jié)果表明：彎剪復(fù)合作用下節(jié)段梁與整體澆筑梁具有明顯的不同破壞模式；配束比不同的試件破壞模式也有明顯差別，配束多的是以剪切為主的彎剪破壞，配束少的是以彎曲為主的彎剪破壞，均屬延性破壞。2015年他和吳聞秀等[24]根據(jù)對(duì)3根不同配束比試件的極限承載能力試驗(yàn)，研究了配束比對(duì)節(jié)段預(yù)制橋梁受彎性能的影響。

2018年文暢霆[25]研究了節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁在以剪切為主的彎剪復(fù)合作用下的受力性能。該研究通過使用ABAQUS軟件對(duì)橋梁進(jìn)行有限元數(shù)值模擬，并將模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果相比較，結(jié)果表明數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合較好；剪跨比、正應(yīng)力水平、預(yù)應(yīng)力類型等都會(huì)對(duì)橋梁的受力性能造成影響；接縫處混凝土彈性模量越小，橋梁結(jié)構(gòu)越不安全。

在抗裂性能研究方面，2005年MOON等[26]研究了節(jié)段預(yù)制箱形橋梁在施工中的裂縫控制。通過對(duì)在底板處出現(xiàn)裂縫的某節(jié)段預(yù)制橋梁進(jìn)行研究，參數(shù)化分析了預(yù)應(yīng)力張拉順序、底板厚度、預(yù)應(yīng)力束位置對(duì)橋梁截面的影響。研究結(jié)果表明：裂縫是由于節(jié)段拼裝時(shí)臨時(shí)預(yù)應(yīng)力張拉過度造成的；底板厚度和預(yù)應(yīng)力束的位置對(duì)橋梁截面影響較大，與預(yù)應(yīng)力張拉順序無關(guān)；并提出了預(yù)防裂縫產(chǎn)生的施工方法。2016年曹增華[27]根據(jù)現(xiàn)有規(guī)范提出了節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁抗裂性計(jì)算公式，研究發(fā)現(xiàn)斷面處理方法和清理程度對(duì)橋梁抗裂性能具有一定影響。

在結(jié)構(gòu)力學(xué)性能研究方面，1995年HINDI等[28]研究了節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁體內(nèi)預(yù)應(yīng)力灌漿與否對(duì)橋梁造成的影響。對(duì)按等比例縮小的三跨節(jié)段箱梁橋模型進(jìn)行試驗(yàn)研究，結(jié)果表明，在對(duì)體內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼束進(jìn)行灌漿后能夠保護(hù)預(yù)應(yīng)力筋，避免預(yù)應(yīng)力筋被腐蝕，提高橋梁的強(qiáng)度。

2016年楊樹民等[29]提出了通過分析模型試驗(yàn)梁的靜力反應(yīng)和應(yīng)力狀況，以驗(yàn)證節(jié)段預(yù)制膠拼鐵路橋梁在正常使用和施工時(shí)是否滿足設(shè)計(jì)要求，結(jié)果表明，梁體抗彎承載力、抗剪承載力、撓跨比、梁端轉(zhuǎn)角、自振頻率滿足規(guī)范要求，實(shí)測(cè)豎向抗彎剛度比計(jì)算剛度小7.2%。

2018年石雪飛等[30]對(duì)全體外預(yù)應(yīng)力節(jié)段預(yù)制拼裝連續(xù)梁橋足尺模型試驗(yàn)研究，全面研究了該結(jié)構(gòu)“1跨+1/3跨”試驗(yàn)梁設(shè)計(jì)方案的施工全程的受力性能，研究表明：該設(shè)計(jì)方案能較好地展現(xiàn)連續(xù)梁的結(jié)構(gòu)性能，節(jié)段梁在施工時(shí)處于彈性狀態(tài)，體外束與體內(nèi)束箱梁的縱向應(yīng)力分布相差較大，體外束箱梁的跨中斷面縱向應(yīng)力更均勻。2020年馬祖橋等[31]根據(jù)試驗(yàn)梁足尺模型研究了在不同工況下橋梁變形、關(guān)鍵截面和轉(zhuǎn)向塊受力狀態(tài)，研究結(jié)果表明，該類型橋梁具有良好的抗裂性能，各部件在使用狀態(tài)下受力狀態(tài)良好。

2020年桂水榮等[32]對(duì)節(jié)段預(yù)制拼裝連續(xù)剛構(gòu)橋力學(xué)性能進(jìn)行了研究；2020年蘇偉等[33]在對(duì)鐵路節(jié)段膠接拼裝橋梁的研究中，對(duì)梁體剛度計(jì)算按0.9的系數(shù)進(jìn)行了折減，提出了剛度、抗裂計(jì)算等技術(shù)指標(biāo)建議。

在關(guān)于節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁整體性能方面的研究，實(shí)際上接縫邊緣的環(huán)氧樹脂膠長時(shí)間隨環(huán)境變化會(huì)發(fā)生老化，從而引起其力學(xué)性能退化或與混凝土之間粘結(jié)失效，因而，對(duì)結(jié)構(gòu)膠老化和膠-混界面老化問題需進(jìn)行一定研究。

3 節(jié)段預(yù)制橋梁接縫研究

節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁接縫是整個(gè)橋梁的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是最為薄弱的部位，接縫的類型有平接縫、干接縫、濕接縫和膠接縫等，美國AASHTO[34]規(guī)范認(rèn)為在接縫處由剪力鍵和摩擦力來共同傳遞剪力，抗剪承載力計(jì)算式為

(1)

式中，Ak為剪力鍵根部面積；Asm為接觸部分混凝土面積；fck為混凝土標(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度；σn為接縫面平均壓應(yīng)力水平。

在節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁接縫抗剪性能方面，1983年KOSEKI等[35]研究了節(jié)段預(yù)制橋梁接縫的抗剪性能，對(duì)多種類型接縫進(jìn)行了系統(tǒng)試驗(yàn)研究，結(jié)果表明，膠接縫試件和整體現(xiàn)澆試件的抗剪性能大致相同，試件破壞形式為腹板或支座處混凝土受壓破壞；干接縫試件抗剪性能低于整體澆筑式，試件破壞形式為接縫處發(fā)生滑移或剪力鍵剪斷破壞。

1990年BUYUKOZTURK等[36]在對(duì)節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁抗剪強(qiáng)度的研究基礎(chǔ)上又增加了對(duì)接縫處變形性能的研究。根據(jù)不同預(yù)應(yīng)力、接縫類型、膠接縫厚度等一系列試件試驗(yàn)結(jié)果，可以看出：試件的抗剪能力隨預(yù)應(yīng)力增大而增強(qiáng)；干接縫抗剪強(qiáng)度低于膠接縫抗剪強(qiáng)度；膠接縫的強(qiáng)度和剛度受所涂環(huán)氧樹脂厚度影響較小。并且根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果和抗剪設(shè)計(jì)規(guī)范，提出了不同類型接縫的抗剪強(qiáng)度計(jì)算公式。

1997年汪雙炎等[37]根據(jù)節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁剪力鍵模型試驗(yàn)，研究了剪力鍵不同連接方式的受力特點(diǎn)，對(duì)比了不同多鍵齒的抗剪性能。2004盧文良[38]采用ANSYS有限元分析軟件對(duì)其試驗(yàn)進(jìn)行了仿真分析，分析結(jié)果與試驗(yàn)吻合較好。

2005年ZHOU等[39]根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果提出，在使用AASHTO規(guī)范公式計(jì)算多齒鍵接縫抗剪承載力時(shí)應(yīng)對(duì)其進(jìn)行折減，但沒有詳細(xì)介紹折減機(jī)理和折減系數(shù)計(jì)算方法；2013年ALCALDE等[40]根據(jù)數(shù)值分析結(jié)果，得到增加剪力鍵的數(shù)量會(huì)降低接縫抗剪承載力，并推導(dǎo)了抗剪承載力回歸公式；2015年JIANG等[41]根據(jù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，剪力鍵的布置形式會(huì)影響接縫抗剪承載力。從以上研究可知，在多齒剪力鍵中存在剪力分布不均勻現(xiàn)象。2019年沈殷等[42]研究了考慮剪力分布不均勻情況下節(jié)段預(yù)制橋梁接縫剪力鍵抗剪性能，提出了多齒鍵根部剪應(yīng)力分布的不均勻系數(shù)，并對(duì)AASHTO抗剪強(qiáng)度計(jì)算公式進(jìn)行了修正，根據(jù)與有限元計(jì)算結(jié)果對(duì)比，驗(yàn)證了公式的準(zhǔn)確性，修正公式與試驗(yàn)結(jié)果誤差在5%以內(nèi)。

2010年JIANG等[18]在考慮體外預(yù)應(yīng)力二次效應(yīng)的基礎(chǔ)上，提出了接縫承載力計(jì)算公式，并采用ANSYS進(jìn)行數(shù)值模擬，驗(yàn)證了公式的合理性。后又對(duì)干接縫以及具有鋼纖維混凝土的干接縫性能進(jìn)行了研究。2018年又研究了剪跨比、接縫類型(整體式、干接縫和膠接縫)、接縫數(shù)量和接縫位置對(duì)接縫剪切性能的影響[43]。

2012年ASKAR等[44]對(duì)節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁接縫的抗剪強(qiáng)度和變形進(jìn)行了試驗(yàn)研究，考慮了混凝土節(jié)段試件之間的滑移、剪力鍵的破壞模式以及試件之間的水平移動(dòng)，研究表明，增加剪力鍵的數(shù)量能降低試件撓度和節(jié)段之間的滑移，當(dāng)預(yù)應(yīng)力水平增加時(shí)，承載能力也會(huì)增加。

2019年AHMED等[45-46]以節(jié)段預(yù)制箱梁橋?yàn)檠芯繉?duì)象，對(duì)不同類型接縫直剪作用下的抗剪性能、裂紋擴(kuò)展和變形進(jìn)行了試驗(yàn)研究。結(jié)果表明，圍壓和剪力鍵數(shù)量增加，可提高橋梁的剛度和延性，環(huán)氧樹脂可使接縫缺陷最小化，并使剪應(yīng)力均勻分布，膠接縫的抗剪承載力始終高于干接縫，膠接縫破壞表現(xiàn)為突發(fā)性和脆性，AASHTO設(shè)計(jì)準(zhǔn)則高估了多鍵干接縫的抗剪承載力。

2020年WRAYOSH[47]研究了箱形節(jié)段梁受彎時(shí)不同類型接縫的力學(xué)性能，在循環(huán)荷載和靜荷載下試驗(yàn)結(jié)果顯示，干接縫的破壞主要發(fā)生在接縫處，膠接縫和碳纖維、鋼纖維加固的接縫破壞主要發(fā)生在鄰近接縫處。

2011年李國平[48]提出了預(yù)制節(jié)段式預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁抗剪承載力計(jì)算方法，根據(jù)預(yù)制節(jié)段式橋梁不同接縫的接縫截面破壞形式，分別給出計(jì)算假定和計(jì)算圖示，并推導(dǎo)出兩種不同接縫的截面抗剪承載力計(jì)算公式。該方法在進(jìn)行預(yù)制節(jié)段式預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁抗剪承載力計(jì)算方面，計(jì)算速度快，具有良好的實(shí)用性。2013年又研究了接縫在受剪切和彎曲復(fù)合作用時(shí)力學(xué)性能，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，分析了荷載位于接縫附近時(shí)干接縫和膠接縫的彎剪復(fù)合機(jī)理。此外，還提出了干接縫和膠接縫在彎剪復(fù)合作用下的破壞模式，在此基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出接縫發(fā)生破壞時(shí)承載力計(jì)算公式，為剪力和彎曲復(fù)合作用下接縫承載力提供了合理的預(yù)測(cè)方法[49]。

2014年袁愛民等[50]研究了剪力鍵鍵齒深和和鍵齒距對(duì)節(jié)段預(yù)制橋梁剪切性能的影響。結(jié)果表明：破壞類型屬于脆性破壞，剪力鍵鍵齒深和鍵齒距對(duì)節(jié)段預(yù)制橋梁剪切性能無直接影響，主要與直剪破壞面積有關(guān)。為減小節(jié)段預(yù)制、拼裝難度，可增大鍵齒間距。2018年他和符俊東等[51]研究了配筋剪力鍵剪切性能的影響，研究表明：對(duì)鍵齒進(jìn)行配筋可提高剪力鍵抗剪承載能力，并可有效避免剪力鍵的脆性破壞，同時(shí)提出了剪力鍵直剪承載力公式。明確了膠接縫的破壞模式，且可以預(yù)估其極限承載能力，但作者只進(jìn)行了直剪試驗(yàn)研究，未進(jìn)行彎剪復(fù)合作用下的力學(xué)性能研究。

2015年KIM等[52]對(duì)預(yù)制節(jié)段梁隨養(yǎng)護(hù)時(shí)間變化時(shí)剪力鍵的性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，分析了剪力鍵的開裂破壞行為，并對(duì)剪力鍵的抗剪強(qiáng)度特征和荷載-豎向位移關(guān)系進(jìn)行了對(duì)比分析。研究表明：隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間延長，剪力鍵的抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度均增大，剪切鍵的破壞模式會(huì)隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間延長而發(fā)生變化。研究結(jié)果為確定節(jié)段橋梁適當(dāng)裝配時(shí)間提供了必要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

SHAMASS[53]、LIANG[54]和閆澤宇[55]等均對(duì)膠接縫剪切性能進(jìn)行了有限元數(shù)值分析，2016年SHAMASS模擬了單鍵和多鍵膠接縫，研究發(fā)現(xiàn)，混凝土抗拉強(qiáng)度對(duì)接縫的抗剪能力和極限荷載下的位移有顯著影響，并修正了以往的單鍵膠接縫抗剪強(qiáng)度經(jīng)驗(yàn)公式。2017年LIANG等在該分析中將環(huán)氧樹脂看作是線彈性材料，將有限元分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果相比較，并通過改變環(huán)氧樹脂的彈性模量和預(yù)應(yīng)力來評(píng)估接縫的剪切性能，結(jié)果表明：接縫的有限元分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好。2019年閆澤宇采用ABAQUS軟件模擬了膠接縫的受力情況，研究表明：UPHC單鍵抗剪承載力高于平接縫抗剪承載力，膠接縫剪力鍵破壞屬于脆性破壞。前兩者研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)環(huán)氧樹脂彈性模量超過混凝土的25%后，接縫極限抗剪強(qiáng)度將不再改變，后兩者研究發(fā)現(xiàn)正應(yīng)力水平越大，接縫抗剪承載能力越高。

在接縫其他性能研究方面，2007年ISSA等[56]通過常溫固化型和低溫固化型環(huán)氧樹脂膠接試件模型進(jìn)行試驗(yàn)研究，并采用有限元分析方法進(jìn)行數(shù)值模擬，兩者結(jié)果比較吻合，研究表明：常溫固化型試件比低溫固化型試件的膠接縫抗剪承載能力高28%；疲勞荷載對(duì)預(yù)應(yīng)力筋的受力性能影響較??；并提出了AASHTO公式低估了單鍵齒的抗剪強(qiáng)度。

2006年張新等[57]以蘇通大橋?yàn)楸尘皩?duì)節(jié)段預(yù)制拼裝接縫密封性能進(jìn)行了研究，結(jié)果顯示采用真空輔助壓漿工藝可有效避免漿體收縮產(chǎn)生空隙的風(fēng)險(xiǎn)。

2016年隋國嵩等[58]對(duì)沿海地區(qū)不同膠接縫膠接材料和孔道密封性能進(jìn)行了研究。研究表明：膠接縫宜用西卡雙面涂膠，塑料波紋管成孔，孔道宜用不開槽發(fā)泡聚乙烯密封。同年李學(xué)斌等[59]研究了節(jié)段拼裝橋梁膠接縫環(huán)氧樹脂的抗拉強(qiáng)度，提出了通過軸向抗拉試驗(yàn)研究膠接縫的抗拉極限強(qiáng)度的方法。

2019年盧文良等[60]研究了節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁的膠接縫厚度對(duì)橋梁的影響。根據(jù)某節(jié)段預(yù)制橋梁施工工藝，預(yù)設(shè)了不同膠縫厚度的試驗(yàn)構(gòu)件，試驗(yàn)結(jié)果表明，過厚的膠接縫會(huì)降低橋梁的整體剛度，且會(huì)增大預(yù)應(yīng)力損失。

已有研究顯示，在進(jìn)行橋梁接縫抗剪性能研究時(shí)，不考慮鍵齒剪應(yīng)力分布不均，計(jì)算橋梁抗剪承載力時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定誤差。因此，實(shí)際工程中不應(yīng)忽略多鍵齒剪力分布不均勻造成的影響，在后續(xù)研究中應(yīng)加大對(duì)接縫在彎曲及彎剪復(fù)合作用下的力學(xué)性能研究。

4 節(jié)段預(yù)制橋梁施工關(guān)鍵技術(shù)研究

與傳統(tǒng)橋梁相比，節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁的施工工藝更為復(fù)雜，且對(duì)工程施工質(zhì)量要求更高。節(jié)段預(yù)制拼裝技術(shù)是一種在城市建設(shè)施工過程中，能夠?qū)崿F(xiàn)零污染、零排放、低噪聲的關(guān)鍵技術(shù)。節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁關(guān)鍵技術(shù)主要包括節(jié)段預(yù)制、節(jié)段拼裝和線形控制。節(jié)段梁預(yù)制有2種施工工藝，分別為長線法和短線法，當(dāng)前適用性最廣的為短線法施工。本節(jié)主要介紹采用短線法的節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁相關(guān)研究。

節(jié)段拼裝方法有逐跨拼裝法和懸臂拼裝法[61]。在節(jié)段預(yù)制與拼裝技術(shù)方面，公路橋梁應(yīng)用中，2009年陳鈺晶[62]、金任興[63]、張振華[64]和陳禮忠[65]等以上海長江隧橋工程為背景，分別研究了節(jié)段梁短線法預(yù)制施工工藝、懸臂拼裝施工工藝、架橋機(jī)技術(shù)參數(shù)與施工工藝和臨時(shí)固結(jié)與合龍施工技術(shù)。2012年彭德運(yùn)等[66]研究了采用逐跨拼裝法施工的節(jié)段梁預(yù)制和架橋機(jī)架設(shè)關(guān)鍵技術(shù)。2013年王敏等[67]結(jié)合廈漳跨海大橋，研究了采用上行式雙導(dǎo)梁架橋機(jī)對(duì)曲面箱梁進(jìn)行拼裝施工關(guān)鍵技術(shù)。

在鐵路橋梁應(yīng)用中，2007年侯建軍[68]以包西鐵路黃河特大橋?yàn)楸尘?，研究了箱梁設(shè)計(jì)參數(shù)選定，提出了施工關(guān)鍵技術(shù)，并進(jìn)行了結(jié)構(gòu)驗(yàn)算、濕接縫拉彎試驗(yàn)、管道摩阻試驗(yàn)和雙球面減震支座等研究。研究發(fā)現(xiàn)，節(jié)段預(yù)制拼裝技術(shù)在保證橋梁結(jié)構(gòu)質(zhì)量的同時(shí)，也能夠減少工期，降低成本。2009年海占忠[69]結(jié)合廣州市軌道交通四號(hào)線連續(xù)梁橋，研究了預(yù)制節(jié)段懸臂拼裝施工工藝，介紹了架橋機(jī)組裝、合龍施工技術(shù)，以及膠接縫、濕接縫拼裝施工技術(shù)。2010年馮延明[70]研究了上行式移動(dòng)支架造橋機(jī)，介紹了一種上行式支架造橋機(jī)懸臂施工工藝、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、關(guān)鍵技術(shù)和施工特點(diǎn)。2013年歷付[71]以大馬鐵路七里溝特大橋?yàn)楸尘?，介紹了節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工工藝，并采用BSAS軟件對(duì)施工和運(yùn)營階段進(jìn)行了計(jì)算分析，為同類工程工期控制提供了借鑒。2016年楊樹民[72]研究了在節(jié)段拼裝橋梁膠接法施工梁段預(yù)制關(guān)鍵技術(shù)，以黃韓侯鐵路芝水溝特大橋?yàn)檠芯勘尘?，分別對(duì)預(yù)制方案的選擇、預(yù)應(yīng)力孔道定位、線性控制、混凝土隔離劑配比設(shè)計(jì)等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。2019年施威[73]、張雷[74]等對(duì)節(jié)段預(yù)制膠拼橋梁建造技術(shù)進(jìn)行了研究，兩者均對(duì)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、拼裝工藝和結(jié)構(gòu)驗(yàn)算等進(jìn)行了研究，研究發(fā)現(xiàn)通過增加跨中和邊跨等高段長度，能夠便于施工，降低成本。前者同時(shí)研究了結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力布置和工程參數(shù)，節(jié)段之間采用喇叭狀異形波紋管密封，確保完全密封，便于施工；采用節(jié)段預(yù)制拼裝法的預(yù)應(yīng)力含量高于懸臂澆筑法。后者提出了半聯(lián)滿掛的拼裝工藝，并研制了用于雙線簡支梁和連續(xù)梁橋架設(shè)拼裝的節(jié)段拼裝造橋機(jī)；采用MIDAS Civil軟件進(jìn)行驗(yàn)算，提出了新的節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁構(gòu)造措施、驗(yàn)算標(biāo)準(zhǔn)和拼裝要求。在此基礎(chǔ)上，對(duì)節(jié)段預(yù)制懸臂拼裝和懸臂澆筑的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行對(duì)比，研究表明，在橋長大于1 km時(shí)采用節(jié)段預(yù)制懸臂拼裝方法經(jīng)濟(jì)性更高。

線形控制在橋梁施工過程中主要包括節(jié)段預(yù)制線形控制、節(jié)段拼裝線形控制和預(yù)應(yīng)力張拉后線形控制。在線形控制技術(shù)方面，2008年方蕾等[75]采用直接調(diào)整法，提出了在局部坐標(biāo)系下誤差調(diào)整的方法；2016年周凌宇等[76]基于空間坐標(biāo)變化基本原理，提出了在整體坐標(biāo)系下誤差分析和修正的計(jì)算方法；2014年侍剛等[77]提出了基于非線性最小二乘法的短線匹配節(jié)段預(yù)制誤差修正方法；2014年張興偉等[78]通過采用線形控制網(wǎng)來進(jìn)行節(jié)段架設(shè)拼裝階段的線形控制；2017年劉海東等[79]基于三維空間坐標(biāo)系，對(duì)大曲率短線匹配連續(xù)剛構(gòu)橋線形控制，提出了幾何線形的調(diào)整和計(jì)算方法；2018年陳昊等[80]采用固定端模中心為基準(zhǔn)點(diǎn)，三角高程法進(jìn)行高程控制的方法提高了匹配測(cè)量的效率；2020年謝兵林等[81]提出了節(jié)段拼裝線形偏差預(yù)測(cè)直接法、斜率法和可視化法，并研發(fā)了基于MATLAB的節(jié)段拼裝線形控制系統(tǒng)。

2010年鄭平偉等[82]以嘉紹跨江大橋?yàn)楸尘把芯苛硕叹€法拼裝施工時(shí)線形控制影響分析，研究表明，影響拼裝線性的主要因素是節(jié)段梁自重和預(yù)應(yīng)力；2019年李琪勇等[83]對(duì)影響階段預(yù)制拼裝的施工因素進(jìn)行了研究，研究表明，相鄰節(jié)段梁齡期差異、環(huán)氧樹脂涂抹均勻程度和環(huán)氧樹脂涂抹厚度，以及預(yù)應(yīng)力束的不對(duì)稱張拉均會(huì)對(duì)節(jié)段拼裝線形控制造成影響。

2011年黃躍等[84]通過對(duì)控制點(diǎn)坐標(biāo)采用Excel規(guī)劃求解法、直接求解法和CAD繪圖法進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，再進(jìn)行誤差修正，能夠精確地對(duì)節(jié)段梁匹配位置進(jìn)行計(jì)算，并且對(duì)跨海大橋超高漸變段預(yù)制和安裝的線性控制技術(shù)進(jìn)行了研究。2013年王敏等[85]又對(duì)空間扭曲梁預(yù)制線形控制進(jìn)行了研究，采用一種逐步修正的優(yōu)化調(diào)整方案對(duì)預(yù)制節(jié)段控制點(diǎn)誤差進(jìn)行修正，并解決了由于吊裝不平衡導(dǎo)致的偏重問題。

2014年GUAN等[86]以某輕軌施工為例，研究了短線法預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋預(yù)制和懸臂架設(shè)過程中的線形控制。通過有限元軟件MIDAS對(duì)橋梁施工各個(gè)階段進(jìn)行仿真分析和計(jì)算，得出了橋梁極限內(nèi)力和變形值，最大變形值在誤差允許范圍內(nèi)。

2018年DAI等[87]從預(yù)制拼裝誤差處理和基于結(jié)構(gòu)變形參數(shù)分析的精度控制兩方面進(jìn)行了研究，提高了短線法施工水平。

2020年QI等[88]提出了一種新型的四點(diǎn)距離控制系統(tǒng)，在預(yù)制階段配合水平儀和鋼帶進(jìn)行線性控制，具有效率高、操作簡單、無需測(cè)量塔和目標(biāo)等優(yōu)點(diǎn)。

可以看出，現(xiàn)有節(jié)段預(yù)制橋梁施工技術(shù)研究，成果主要集中在節(jié)段預(yù)制、節(jié)段拼裝和線形控制等方面，其中，重點(diǎn)多集中在節(jié)段梁短線法預(yù)制施工工藝、懸臂拼裝施工工藝、架橋機(jī)架設(shè)施工工藝研究；在線形控制方面，主要包括節(jié)段預(yù)制線形控制、節(jié)段拼裝線形控制和預(yù)應(yīng)力張拉后線形控制研究等，均已取得了實(shí)用成果，但多數(shù)注重應(yīng)用性，缺少相關(guān)原理理論研究。如在節(jié)段箱梁拼裝過程中，實(shí)際上節(jié)段梁質(zhì)量、混凝土彈模、存梁時(shí)長、預(yù)應(yīng)力張拉、溫度變化、鋼筋松弛系數(shù)、大氣相對(duì)濕度等結(jié)構(gòu)參數(shù)均有一定影響，部分參數(shù)取值主要參考類似工程或憑經(jīng)驗(yàn)，而與實(shí)際情況有一定誤差，因此，需進(jìn)一步加強(qiáng)結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)拼裝線形的影響程度的研究，以在施工中進(jìn)行控制，確保拼裝精度。

5 節(jié)段預(yù)制橋梁施工仿真研究

為保證節(jié)段梁在澆筑、堆放、吊裝和拼裝時(shí)的安全，需對(duì)節(jié)段梁堆放、吊裝等施工過程進(jìn)行仿真分析，以確保節(jié)段梁處于安全狀態(tài)。目前，眾多學(xué)者結(jié)合有限元數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)此進(jìn)行了一定研究。

2014年向南等[89]以蘇通大橋?yàn)檠芯勘尘?，?duì)預(yù)制節(jié)段梁吊裝進(jìn)行了受力分析，研究了吊點(diǎn)應(yīng)力隨著起吊速度變化的影響，結(jié)果表明，對(duì)節(jié)段梁進(jìn)行起吊時(shí)會(huì)在吊點(diǎn)處產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中，最大值隨著加速度增加直線增長，因此，應(yīng)該加強(qiáng)吊點(diǎn)位置的構(gòu)造。該文只對(duì)吊點(diǎn)位置進(jìn)行分析，未對(duì)節(jié)段梁的其他部位進(jìn)行研究分析。2019年羅甜等[90]以南京五橋?yàn)檠芯勘尘埃瑢?duì)節(jié)段梁的堆放和吊裝進(jìn)行了仿真分析。結(jié)果表明：單箱單室節(jié)段梁三層堆放滿足結(jié)構(gòu)受力要求，單箱雙室三層堆放不滿足結(jié)構(gòu)受力要求；單箱單室采用四點(diǎn)吊裝方式、單箱雙室需采用八點(diǎn)吊裝方式才能滿足結(jié)構(gòu)受力要求，采用多層存梁方式可加快存梁臺(tái)座的周轉(zhuǎn)，提高效率，減少梁場(chǎng)占地，降低施工成本。2019年劉祿通[91]對(duì)節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁全橋施工過程進(jìn)行了模擬，分析主梁拼接過程及預(yù)應(yīng)力束張拉過程中不同因素對(duì)接縫截面應(yīng)力的影響，結(jié)果顯示，結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換引起的吊桿力減小和架橋機(jī)剛度取值過大是導(dǎo)致接縫截面拉應(yīng)力產(chǎn)生的主要原因，通過加強(qiáng)臨時(shí)束、二次補(bǔ)張吊桿、調(diào)整預(yù)應(yīng)力束張拉順序和分批拆除吊桿等方法進(jìn)行預(yù)防。

2013年梅秀道等[92]研究了節(jié)段梁拼裝施工時(shí)吊掛系統(tǒng)的受力情況，研究表明，預(yù)應(yīng)力張拉完成后，會(huì)引起臨時(shí)吊桿力呈跨中減小、梁端增大的分布情況，因此，臨時(shí)吊桿應(yīng)從中間至兩端對(duì)稱拆卸。2015年成仲鵬[93]結(jié)合西成客運(yùn)專線漢江特大橋，采用有限元分析軟件MIDAS，研究了節(jié)段梁在拼裝施工預(yù)應(yīng)力張拉前后橋梁的力學(xué)性能和架設(shè)完成后的收縮徐變效應(yīng)，研究表明，節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁比整跨預(yù)制梁收縮徐變效應(yīng)小。

可以看出，現(xiàn)有研究主要集中在節(jié)段堆放、吊裝和部分拼裝過程。實(shí)際上節(jié)段拼裝橋梁從預(yù)制到拼裝，每個(gè)階段都要對(duì)節(jié)段梁進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，以確保節(jié)段梁的安全，但對(duì)全過程施工結(jié)構(gòu)模擬與仿真分析研究較少。

6 節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁研究發(fā)展趨勢(shì)

節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁，貫徹了“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享”的新發(fā)展理念。使得橋梁構(gòu)件質(zhì)量、生產(chǎn)和施工效率均得到明顯增長；現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)量和人力大幅減少，現(xiàn)場(chǎng)施工組織簡化且施工安全性提升；工地噪聲、粉塵污染等問題顯著減少，有效推動(dòng)了行業(yè)的進(jìn)步和創(chuàng)新發(fā)展，促進(jìn)了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，節(jié)約了社會(huì)資源、工程造價(jià)和工期，是一種符合低碳節(jié)能、綠色環(huán)保的施工方法，且符合國家產(chǎn)業(yè)政策和發(fā)展裝配式建筑的導(dǎo)向。近年來，國內(nèi)外對(duì)節(jié)段預(yù)制膠接拼裝橋梁的研究已經(jīng)取得了一定進(jìn)展，節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁在我國的應(yīng)用日益廣泛，但在未來的工作中，仍需對(duì)以下工作進(jìn)行更深入的研究。

(1)理論研究。目前國內(nèi)外對(duì)考慮彎、剪、扭復(fù)合作用下節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁的靜動(dòng)力特性研究較少；此外，為確保橋梁在100年的設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)完成預(yù)定功能，需對(duì)接縫環(huán)氧樹脂膠耐久性及其性能進(jìn)行研究；為指導(dǎo)并保證施工安全，對(duì)節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁施工全過程進(jìn)行更為詳細(xì)的理論分析更顯必要。因此，需進(jìn)一步完善節(jié)段預(yù)制橋梁相關(guān)理論研究。

(2)規(guī)范制定。節(jié)段預(yù)制橋梁在國內(nèi)的發(fā)展已有50年左右，而國內(nèi)目前還缺少針對(duì)節(jié)段預(yù)制橋梁制定的序列規(guī)范，為更好地推廣節(jié)段預(yù)制橋梁在國內(nèi)的應(yīng)用，制定相應(yīng)的規(guī)范尤為重要。

(3)節(jié)段預(yù)制橋梁設(shè)計(jì)與施工關(guān)鍵技術(shù)研究。根據(jù)橋梁使用情況、場(chǎng)地環(huán)境等條件差異制定不同的設(shè)計(jì)與施工方案，以達(dá)到科學(xué)、合理、經(jīng)濟(jì)、可行，需加大對(duì)設(shè)計(jì)及施工關(guān)鍵技術(shù)研究。

(4)信息化管理。將節(jié)段預(yù)制拼裝技術(shù)與現(xiàn)代BIM技術(shù)相結(jié)合，以保證施工質(zhì)量、提高工程進(jìn)度和降低成本，實(shí)現(xiàn)全生命周期發(fā)展目標(biāo)也是值得研究的。

7 結(jié)語

節(jié)段預(yù)制拼裝施工技術(shù)促進(jìn)了我國傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，推動(dòng)了管理智能化、信息化，提升了環(huán)保、可持續(xù)理念，具有極大的社會(huì)效益，引領(lǐng)了橋梁建設(shè)的發(fā)展方向。根據(jù)節(jié)段預(yù)制橋梁的整體性能、接縫技術(shù)、施工關(guān)鍵技術(shù)和施工仿真分析等國內(nèi)外研究成果進(jìn)行了綜述，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)膠老化和膠-混界面老化，鍵齒剪應(yīng)力分布不均，接縫在彎曲及彎剪復(fù)合作用下的力學(xué)性能研究不足，缺少節(jié)段預(yù)制橋梁施工技術(shù)相關(guān)原理理論研究，全過程施工結(jié)構(gòu)模擬與仿真分析研究較少等問題。根據(jù)國內(nèi)目前對(duì)節(jié)段預(yù)制橋梁技術(shù)研究的現(xiàn)狀，從完善節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁相關(guān)理論研究；制定節(jié)段預(yù)制橋梁相應(yīng)規(guī)范；加大對(duì)設(shè)計(jì)及施工關(guān)鍵技術(shù)研究；加強(qiáng)信息化管理，實(shí)現(xiàn)全生命周期發(fā)展等方面展望了節(jié)段預(yù)制拼裝技術(shù)在未來的發(fā)展趨勢(shì)，希望對(duì)節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁研究提供參考。