李盼盼，邵旭東?，劉瓊偉，曹君輝，趙旭東

（1.湖南大學(xué)土木工程學(xué)院，湖南長沙 410082；2.廣東省交通規(guī)劃設(shè)計研究院集團(tuán)股份有限公司，廣東廣州，510507）

橋梁工程中，伸縮縫是設(shè)置于梁端之間或梁端與橋臺之間的一種重要附屬結(jié)構(gòu)，其作用是調(diào)節(jié)由溫度變化和車輛荷載等引起的橋梁上部結(jié)構(gòu)之間的位移［1］.據(jù)統(tǒng)計［2-3］，伸縮縫在橋梁結(jié)構(gòu)總造價中占比不足1%，但其占橋梁結(jié)構(gòu)損壞的16%，后期產(chǎn)生的維修費用更是達(dá)橋梁結(jié)構(gòu)總維修費用的20%之多.因此，橋梁伸縮縫的設(shè)計、施工、維護(hù)成為橋梁工程中亟待解決的難題.

錨固區(qū)混凝土破損是伸縮縫結(jié)構(gòu)所面臨的主要病害問題，而產(chǎn)生這一病害問題的根本原因在于錨固區(qū)混凝土強(qiáng)度不足［4-5］.云南省于2019 年對全省800 余座橋梁進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)24.6%的橋梁伸縮縫存在錨固區(qū)混凝土破損現(xiàn)象.針對伸縮縫錨固區(qū)混凝土易破損、頻翻修的現(xiàn)狀，于天來等［6］探討了將改性瀝青混凝土用于伸縮縫的可行性.陶勇根等［7］對不同錨固材料的型鋼單縫裝置伸縮縫結(jié)構(gòu)進(jìn)行局部受壓試驗研究，發(fā)現(xiàn)采用強(qiáng)度更高的混雜纖維混凝土伸縮縫試件性能有明顯的提升.任亮等［8］在贛江特大橋伸縮縫的破損修復(fù)中采用了抗壓強(qiáng)度高、抗裂性好的高性能混凝土，運營三年期間伸縮縫型鋼界面與混凝土間未產(chǎn)生脫離現(xiàn)象，表現(xiàn)出良好的黏結(jié)性能.賀志勇等［9］的有限元分析表明，增大錨固區(qū)混凝土強(qiáng)度可改善錨固區(qū)域的受力狀態(tài)，使預(yù)埋鋼筋焊接點和混凝土自身的疲勞壽命增長.以上試驗均通過對錨固區(qū)混凝土材料的研究與提升來改善伸縮縫結(jié)構(gòu)的受力性能，但結(jié)構(gòu)性能的改善和提升不能單純地依靠材料的更換，“新材料+傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)”將難以完全發(fā)揮新材料優(yōu)異性能，無法獲取高性價比的產(chǎn)品.

既有伸縮縫構(gòu)造中，伸縮裝置安裝定位后，需現(xiàn)場對錨板與預(yù)埋鋼筋進(jìn)行焊接，施工工藝繁瑣，且由于施工偏差等因素，錨板與預(yù)埋鋼筋的相對位置經(jīng)常存在偏差，產(chǎn)生重疊或較大間隙，給現(xiàn)場焊接工作帶來很大困難，嚴(yán)重影響橋梁伸縮縫的安裝質(zhì)量.方園等［10］在傳統(tǒng)伸縮裝置基礎(chǔ)上通過取消錨固環(huán)，增設(shè)可調(diào)活動鋼板的方法實現(xiàn)錨板與預(yù)埋鋼筋的焊接，該裝置在一定程度上可解決伸縮裝置定位安裝時，錨板與預(yù)埋鋼筋相對位置偏離難以焊接的問題.徐向東等［11］在方園等［10］提出的伸縮裝置基礎(chǔ)上進(jìn)行了疲勞壽命分析，發(fā)現(xiàn)錨固區(qū)混凝土（C50 聚丙烯纖維混凝土）的強(qiáng)度仍是伸縮縫結(jié)構(gòu)破壞的主要控制因素.可見，“傳統(tǒng)材料+結(jié)構(gòu)創(chuàng)新”往往受限于材料性能，無法從根本上突破現(xiàn)有技術(shù)瓶頸.因此，通過新材料與新結(jié)構(gòu)的協(xié)同創(chuàng)新，方能充分發(fā)揮材料性能，突破結(jié)構(gòu)技術(shù)壁壘，打造出高性能橋梁結(jié)構(gòu).

超高性能混凝土（Ultra-high Performance Con?crete，UHPC）是一種基于最大密實度原理配制的新型纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料，具有抗拉、壓強(qiáng)度高、耐磨損、抗沖擊和抗疲勞性能良好的特點［12-15］，用UHPC替換傳統(tǒng)伸縮縫預(yù)留槽內(nèi)的混凝土，可有效解決伸縮縫結(jié)構(gòu)中錨固區(qū)混凝土強(qiáng)度低，易剝落開裂的病害；且利用UHPC 材料自身良好的黏結(jié)錨固性能［16-17］，可取消常規(guī)伸縮裝置中預(yù)埋鋼筋與伸縮裝置間的大量焊接，實現(xiàn)“伸縮縫安裝現(xiàn)場零焊接”，簡化施工工序，使得新錨固結(jié)構(gòu)具有良好的技術(shù)性能.

1 現(xiàn)場零焊接伸縮縫錨固構(gòu)造設(shè)計

浙江省某先簡支后連續(xù)混凝土T 梁橋，跨徑布置5×30 m，橋?qū)?6.9 m，主梁采用C50 混凝土（Nor?mal Concrete，NC）.為滿足橋梁上部結(jié)構(gòu)變形需求，梁端設(shè)置GQF-F40（CR）型單縫式伸縮縫，如圖1（a）所示.原伸縮縫方案中錨固區(qū)采用C50 鋼纖維混凝土（Steel Fiber Reinforced Concrete，SFRC），伸縮裝置預(yù)留槽寬350 mm、高180 mm；設(shè)置伸縮縫位置處梁端翼緣厚160 mm；伸縮裝置相鄰錨板間距200 mm.

圖1 伸縮縫構(gòu)造圖示（單位：mm）Fig.1 Structure diagrams of expansion joint（unit：mm）

基于高性能材料UHPC，對原伸縮縫錨固構(gòu)造進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，提出兩種現(xiàn)場零焊接的伸縮裝置錨固構(gòu)造，并從構(gòu)造形式、抗裂性能和承載能力等方面進(jìn)行系統(tǒng)性的研究，以期解決伸縮縫錨固構(gòu)造易破損的難題.

取消圖1（a）原伸縮裝置中錨板與預(yù)埋鋼筋間的焊接工藝，將兩者均勻錯開布置；取消錨固區(qū)中的橫穿鋼筋；將預(yù)埋鋼筋在錨固區(qū)中的錨固長度由90 mm 加高到140 mm；在錨板側(cè)面焊接抗剪短栓釘，由此形成適用于常規(guī)橋梁的伸縮縫錨固構(gòu)造形式1，如圖1（b）所示.考慮到重載交通作用下，型鋼-錨固區(qū)界面分離風(fēng)險更為顯著，在型鋼側(cè)面焊接長栓釘，與型鋼-錨板連接焊縫共同受力；取消錨筋并焊接短栓釘，形成伸縮縫錨固構(gòu)造形式2，如圖1（c）所示.

上述優(yōu)化設(shè)計的兩種構(gòu)造形式中，由型鋼、錨板和栓釘?shù)冉M合形成的伸縮裝置在工廠預(yù)制成型，施工時僅將伸縮裝置定位后即可澆筑錨固區(qū)UHPC，現(xiàn)場作業(yè)時無需再進(jìn)行焊接工作，施工高效便捷、質(zhì)量更易得到保障；且利用UHPC 材料優(yōu)異的力學(xué)性能，可有效解決輪載作用下伸縮縫錨固區(qū)混凝土強(qiáng)度低、易開裂的病害難題.

為研究上述所提出的兩種伸縮縫結(jié)構(gòu)中，伸縮裝置未經(jīng)現(xiàn)場焊接直接錨固于UHPC 中時，UHPC 對伸縮裝置的靜力錨固性能，確保優(yōu)化的伸縮縫結(jié)構(gòu)在實橋應(yīng)用時安全可靠，進(jìn)一步開展伸縮裝置靜力拔出試驗.

2 伸縮裝置靜力拔出試驗

2.1 試件設(shè)計

取橫向兩個錨板進(jìn)行1∶1 試驗設(shè)計.試驗考慮不同伸縮裝置形式、不同錨固區(qū)材料，設(shè)計三組試件，如表1所示.同時考慮到實際施工中伸縮裝置與預(yù)埋鋼筋對接安裝時會出現(xiàn)位置偏差，因此對第二組試件設(shè)計3種偏心情況：錨板相對中心距離偏離0 mm、向右偏離50 mm、向左偏離50 mm.其中，向左偏心與向右偏心各制作1個試件，其余三種情況各制作2個試件，共8 個試件.表中試件編號規(guī)則為“伸縮裝置構(gòu)造形式-錨固區(qū)混凝土材料-錨板偏移距離”，如G1-UHPC-R 為采用優(yōu)化伸縮裝置構(gòu)造形式1，錨固區(qū)混凝土材料為UHPC，錨板向右偏移50 mm的試件.

表1 試件類型Tab.1 Types of specimens

試件由上、下兩部分組成，如圖2 所示，為方便視圖，三維圖中僅顯示伸縮裝置錨固結(jié)構(gòu)部分.上部為伸縮縫錨固區(qū)，設(shè)計平面尺寸600 mm×540 mm，厚度180 mm，內(nèi)設(shè)工廠預(yù)制的伸縮裝置；下部為NC 主梁，設(shè)計平面尺寸1 050 mm×540 mm，厚度160 mm，內(nèi)設(shè)間距為200 mm 的預(yù)埋鋼筋和錨固區(qū)域加強(qiáng)鋼筋.為便于試驗加載且更加直觀地體現(xiàn)荷載作用下伸縮裝置在錨固區(qū)中是否會被拔出，從而反映錨固區(qū)混凝土對伸縮裝置的靜力錨固性能，圖2 中的型鋼簡化為L型鋼，外伸長度由40 mm加長至90 mm.

圖2 試件設(shè)計（單位：mm）Fig.2 Design of specimens（unit：mm）

錨板間距200 mm，為12 mm 厚的鋼板，和型鋼均采用Q345 鋼材；鋼筋均采用直徑16 mm，等級為HRB400 級的螺紋鋼筋；錨板側(cè)面短栓釘間距50 mm，規(guī)格為35 mm×13 mm（高度×直徑）；伸縮裝置構(gòu)造形式2中型鋼側(cè)向長栓釘凈保護(hù)層厚度15 mm，間距100 mm，規(guī)格為100 mm×16 mm（高度×直徑）；伸縮裝置中錨板與型鋼的連接焊縫采用氣體保護(hù)電弧焊形式.

試件制作時，先綁扎、定位鋼筋網(wǎng)，澆筑下層NC并覆膜自然養(yǎng)護(hù)14 d；而后對界面進(jìn)行鑿毛處理，搭設(shè)上層錨固區(qū)混凝土模板；將伸縮件定位后澆筑上層UHPC 或SFRC，自然條件下養(yǎng)護(hù)28 d 后進(jìn)行模型試驗.

2.2 錨固區(qū)材料介紹

試驗中錨固區(qū)材料分別為UHPC 和SFRC.UHPC 材料采用湖南中路華程橋梁科技股份有限公司干混料產(chǎn)品，配合比如表2 所示，UHPC 材料中鋼纖維體積摻量2%，由兩種平直型鋼纖維混雜而成（鋼纖維Ⅰ：體積摻量1.5%，長度13 mm×直徑0.16 mm；鋼纖維Ⅱ：體積摻量0.5%，長度8 mm×直徑0.12 mm）.SFRC 材料參考廣東省龍川—懷集公路橋梁伸縮縫，配合比如表3 所示，鋼纖維體積摻量0.8%，類型為鋼錠銑銷型（長度37 mm×寬度2 mm×厚度0.6 mm）.

表2 UHPC配合比Tab.2 Proportions of UHPC kg·m-3

表3 SFRC配合比Tab.3 Proportions of SFRC kg·m-3

為定量分析兩種錨固區(qū)材料的力學(xué)性能，試件澆筑同期按照規(guī)范［18-19］要求澆筑材性試塊，與試件在相同條件下養(yǎng)護(hù)28 d，按照標(biāo)準(zhǔn)試驗程序測試SFRC 和UHPC 的基本力學(xué)性能，實測材料性能如表4所示.

表4 材料基本力學(xué)性能Tab.4 Basic mechanical properties of concrete

2.3 加載制度及量測內(nèi)容

試驗加載圖示及現(xiàn)場試驗照片如圖3 所示.試驗主要研究伸縮件與預(yù)埋鋼筋無焊接條件下，UHPC對伸縮件的錨固性能，并與原構(gòu)造形式進(jìn)行對比，為減小型鋼下方混凝土的承壓影響，縱向加載范圍取型鋼外緣80 mm；橫向取兩錨板中心線范圍200 mm，即加載區(qū)域為80 mm×200 mm.

圖3 試驗加載圖示和現(xiàn)場試驗照片F(xiàn)ig.3 Test loading diagram and test photo

根據(jù)文獻(xiàn)［20-21］，對錨固區(qū)混凝土背部結(jié)合面和底部可考慮為固結(jié)約束.結(jié)合實驗室條件和加載需求，采用6 個規(guī)格為M27 的12.9 級高強(qiáng)度六角螺栓將試件與鋼臺座栓接固定.為避免應(yīng)力集中，高強(qiáng)螺栓與混凝土間設(shè)置鋼墊板，錨固區(qū)表面外露寬度與實橋保持一致，為310 mm.試件采用液壓千斤頂進(jìn)行豎向受壓加載，采用六弦記錄儀測定加載過程中的壓力.

試驗加載分為力控制加載和位移控制加載兩個階段，試件開裂前采用力加載控制，以10 kN 的荷載進(jìn)行分級加載，試件開裂后采用位移加載直至破壞.在試件型鋼-混凝土界面位置處布置4 個千分表，測量加載過程中界面的分離位移；在混凝土上表面和錨板側(cè)面粘貼應(yīng)變片，采用東華應(yīng)變采集箱測量加載過程中混凝土及錨板的應(yīng)變變化，混凝土上表面應(yīng)變片布置如圖4 所示（圖中僅給出實際橋梁錨固區(qū)上表面寬310 mm 范圍）.加載過程中保證每級加載持荷時間不少于5 min，待荷載及位移基本穩(wěn)定后進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及裂縫觀測.

圖4 試件測點布置（單位：mm）Fig.4 Arrangement of test points（unit：mm）

3 試驗結(jié)果及分析

3.1 試驗現(xiàn)象和破壞形態(tài)

試件表面出現(xiàn)第一條可視裂縫時的荷載定義為初裂荷載，對相同試件初裂荷載和極限荷載取平均值，匯總于表5.

表5 主要特征點試驗結(jié)果Tab.5 Test results of main feature points

三組試件破壞形態(tài)完全不同，如圖5 所示.YSFRC 試件破壞形態(tài)為內(nèi)部錨板拔出［圖5（a）］，荷載達(dá)到257.9 kN 時，錨板上方界面附近開始出現(xiàn)裂紋，隨荷載增加逐漸向內(nèi)發(fā)展，連通形成U 形主裂縫；加載后期，界面位移驟增而荷載下降，視為破壞.此時，試件型鋼-錨板連接焊縫完好，未出現(xiàn)裂開現(xiàn)象，但界面處錨板周邊混凝土脫空剝落，SFRC 對伸縮裝置的錨固作用失效，錨板從混凝土中脫離，試件極限荷載為598.7 kN.

G1-UHPC 試件破壞形態(tài)為型鋼-錨板連接焊縫斷裂［圖5（b）］.整個加載過程中，UHPC 表面未出現(xiàn)明顯裂縫（小于0.05 mm）；當(dāng)型鋼-錨板連接焊縫處發(fā)生開裂時，間斷出現(xiàn)“呲呲”響聲，界面位移波動增大；最終焊縫位置脆響而荷載下降，焊縫斷裂，試件破壞.此時，試件極限荷載為824.4 kN，是原方案極限荷載的1.38倍.

G2-UHPC 試件加載后期，下部NC 基體開裂［圖5（c）］，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因可能是各部件表面的不平整性使得試件栓接錨固時存在間隙，荷載作用下截面突變處存在拉力作用導(dǎo)致NC 開裂.當(dāng)NC 裂縫寬度達(dá)到3.5 mm 時出于安全性考慮結(jié)束試驗，此時UHPC 表面裂縫寬度達(dá)到0.15 mm，試件極限荷載為1 393.6 kN，是原方案極限荷載的2.33倍.

圖5 試件破壞形態(tài)Fig.5 Failure modes of specimens

3.2 開裂特征

各組試件表面裂縫分布如圖6 所示，每組試件以一個為例進(jìn)行說明，圖6 中僅給出實橋錨固區(qū)上表面寬310 mm 范圍.試件荷載-最大裂縫寬度曲線如圖7 所示.整體來看，試件最大裂縫寬度在小于0.05 mm 時發(fā)展緩慢，裂縫寬度超過0.05 mm 后，試件最大裂縫寬度隨荷載增長加快.

圖6 表面開裂特征Fig.6 Cracking characteristics

Y-SFRC試件中，兩錨板上方裂縫延伸并連通形成U 形主裂縫Ⅰ；臨近破壞時，距界面160 mm 處出現(xiàn)一條很寬的橫穿裂縫，記為主裂縫Ⅱ；其余裂縫均由主裂縫分散，寬度較小.最大裂縫寬度達(dá)到0.1 mm后，荷載作用下裂縫迅速發(fā)展；加載后期，最大裂縫寬度為0.33 mm，這是因為SFRC內(nèi)含有大量粗骨料，本身屬于脆性材料［22］，開裂后裂縫位置混凝土連接作用失效，荷載作用下裂縫寬度迅速發(fā)展.

G1-UHPC 試件中，表面僅出現(xiàn)1～2 條寬度0.03 mm 的微小裂紋.G2-UHPC 試件中，裂縫最先出現(xiàn)在H2 界面處，而后向兩邊擴(kuò)展，最終與邊側(cè)長栓釘上方裂縫基本形成貫通主裂縫，這是因為伸縮裝置錨固構(gòu)造形式2中，側(cè)面栓釘長100 mm，荷載作用下伸縮裝置有向上移動趨勢.試件最大裂縫寬度0.15 mm，主裂縫附近出現(xiàn)多條寬度為0.03 mm 的細(xì)小裂縫，加載后期并未出現(xiàn)變長或加寬，這是因為UHPC材料高度的致密性和鋼纖維的摻入限制了裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展［23］，同時體現(xiàn)了UHPC 通過增加裂縫數(shù)量限制裂縫寬度的發(fā)展［24］.

兩種優(yōu)化構(gòu)造下，試件初裂荷載基本相同，為原焊接構(gòu)造初裂荷載的2.2 倍.根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTG 3362—2018）［25］和法國UHPC 規(guī)范NF P18-710［26］中鋼筋混凝土最大裂縫寬度限值規(guī)定，一般環(huán)境中鋼筋混凝土構(gòu)件在正常使用極限狀態(tài)下普通混凝土最大裂縫寬度限值為0.2 mm，準(zhǔn)永久組合下UHPC 最大裂縫寬度限值為0.2 mm.由圖7 可知，在SFRC 最大裂縫寬度達(dá)到0.2 mm 的荷載條件下，兩種優(yōu)化構(gòu)造中UHPC 均未開裂，且試件加載全過程最大裂縫寬度均未達(dá)到0.2 mm，這體現(xiàn)出UHPC 材料具有抗拉強(qiáng)度高的優(yōu)勢.

裂縫的開裂特征反映出伸縮裝置在混凝土中的錨固性能.結(jié)合圖6 和圖7 可知，Y-SFRC 試件裂縫分布較為分散，數(shù)量多且寬，表面裂縫的發(fā)展逐漸降低了混凝土對伸縮裝置的錨固效果，使得內(nèi)部錨板不斷從混凝土中脫離；而所提出的兩種新型錨固構(gòu)造形式下，UHPC 具有良好的抗裂性能，體現(xiàn)出伸縮裝置無現(xiàn)場焊接、直接內(nèi)埋至UHPC 中時，UHPC 可將其可靠錨固，無拔出風(fēng)險.

圖7 荷載-最大裂縫寬度曲線Fig.7 Load-maximum crack width curves

因此，UHPC 材料用于橋梁伸縮縫錨固區(qū)混凝土，可提高結(jié)構(gòu)抗裂性能，有效解決既有伸縮縫結(jié)構(gòu)中使用SFRC強(qiáng)度低、易開裂破損的問題.

3.3 荷載-界面分離位移

各組試件實測荷載-界面分離位移曲線如圖8所示.三組試件受力過程稍有差別：①線性階段，荷載與界面分離位移呈線性關(guān)系，試件剛度基本保持不變.②擴(kuò)展階段，對Y-SFRC 試件和G2-UHPC 試件，這一階段主要伴隨著表面裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展，試件剛度減??；對G1-UHPC 試件，主要體現(xiàn)為型鋼-錨板連接焊縫的開裂及擴(kuò)展.③失效階段，Y-SFRC 試件中錨板周邊混凝土不斷剝落，伸縮裝置從SFRC中逐漸脫離，SFRC 錨固作用失效；G1-UHPC 試件中界面分離量隨焊縫開裂而不斷增長，直至焊縫斷裂.

由圖8（d）可知，荷載作用下，不同試件的界面分離位移變化情況存在差異：低荷載下，G1-UHPC 試件與Y-SFRC 試件界面位移變化基本相同；繼續(xù)加載，Y-SFRC 試件界面位移發(fā)展速率更快.這是因為荷載小于257.9 kN 時，混凝土未產(chǎn)生裂紋，伸縮裝置在混凝土中無明顯錯動、拔出現(xiàn)象，且型鋼-錨板連接焊縫完整，界面分離位移主要由側(cè)向型鋼的彎曲變形產(chǎn)生.荷載大于257.9 kN 后，Y-SFRC 試件表面裂紋開始不斷發(fā)展，降低了對伸縮裝置的錨固效果，界面位移增長加快；而G1-UHPC 試件中錨板與短栓釘提供剪切作用，協(xié)同UHPC 自身高強(qiáng)、高黏結(jié)的優(yōu)異性能，伸縮裝置可靠錨固其內(nèi)，伴隨著界面位移不斷發(fā)展，型鋼-錨板連接焊縫處應(yīng)力集中顯著，焊縫自上而下產(chǎn)生裂紋，但結(jié)構(gòu)仍可繼續(xù)承受荷載作用.因此，UHPC 錨固新構(gòu)造1 下，結(jié)構(gòu)抗裂性好、錨固能力強(qiáng)、承載力高，可適用于常規(guī)橋梁結(jié)構(gòu).

圖8 荷載-界面分離位移曲線Fig.8 Load-interface separation displacement curves

相較于G1-UHPC 試件，G2-UHPC 試件的界面分離位移發(fā)展緩慢，表明型鋼側(cè)向長栓釘?shù)募釉O(shè)可以很好地限制界面位移的發(fā)展，從而提高試件的承載能力.因此，UHPC 錨固新構(gòu)造2下，結(jié)構(gòu)具有界面位移小、抗裂性能好、承載能力高的特點，在重載車輛通行較多的橋梁結(jié)構(gòu)中，可發(fā)揮較大優(yōu)勢.

3.4 應(yīng)變分析

各組試件下，對相同試件的同一位置應(yīng)變片實測應(yīng)變?nèi)∑骄?，提取錨板側(cè)面4 個測點位置的應(yīng)變進(jìn)行分析，即錨板頂部的水平應(yīng)變C01、C02 和C03，各測點間距30 mm，以及沿焊縫方向間距30 mm 位置的水平應(yīng)變C04.繪制各測點荷載-應(yīng)變曲線如圖9（a）～（c）所示.三組試件錨板應(yīng)變變化規(guī)律基本相同：錨板在C01 位置應(yīng)變最大，離型鋼-錨板連接焊縫位置越遠(yuǎn)，應(yīng)變越?。籆02-C03-C04應(yīng)變呈線性變化.

圖9 荷載-錨板應(yīng)變數(shù)據(jù)Fig.9 Load-anchor plate strain data

荷載較小時，錨板各點應(yīng)變隨荷載呈線性變化；當(dāng)荷載分別達(dá)到257.9 kN、381.1 kN 和578 kN 時，各測點應(yīng)變隨荷載變化趨勢偏離線性，這與荷載-界面分離位移曲線中的線性偏離點相互對應(yīng).

取各組試件錨板C01 處應(yīng)變分別為 1×10-3、2×10-3、3×10-3、4×10-3、6×10-3、8×10-3下的荷載進(jìn)行對比分析.相同錨板應(yīng)變條件下，以Y-SFRC 試件對應(yīng)荷載數(shù)值為基準(zhǔn)，對比兩種UHPC 錨固構(gòu)造中錨板應(yīng)變演變狀態(tài).

由圖9（d）可直觀看出，等應(yīng)變下，G1-UHPC 試件荷載為Y-SFRC 試件的1.2～1.6 倍；G2-UHPC 試件大幅降低了伸縮裝置錨板應(yīng)變水平，等應(yīng)變下，荷載為Y-SFRC 試件的2.3～3.3倍.G2-UHPC 試件結(jié)構(gòu)剛度在整個加載過程中遠(yuǎn)高于Y-SFRC 試件和G1-UHPC試件，這是因為型鋼側(cè)向長栓釘?shù)牡挚估巫饔?，加?qiáng)了伸縮裝置與UHPC 的連結(jié)，改善了錨板的受力狀態(tài).

上述兩種UHPC 錨固構(gòu)造下，試件在剛度、強(qiáng)度及錨固性能方面明顯優(yōu)于原焊接結(jié)構(gòu)；優(yōu)化伸縮裝置結(jié)構(gòu)形式結(jié)合UHPC 材料共同使用于橋梁伸縮縫，可解決傳統(tǒng)伸縮縫中伸縮裝置失效的病害，且現(xiàn)場安裝零焊接，施工便捷可靠.

3.5 錨板安裝位置容差

考慮到伸縮裝置拼接安裝時的位置誤差，試驗中對所提出的伸縮縫錨固構(gòu)造形式1 設(shè)計了三種不同的偏心情況，三種偏心情況下試件破壞形態(tài)均為焊縫斷裂，且UHPC 表面僅出現(xiàn)1～2 條細(xì)微裂縫（寬度小于0.05 mm）.

圖10 為第二組試件的荷載-界面分離位移曲線，可以看出，偏心狀態(tài)下試件荷載-界面分離位移曲線基本相似，極限承載能力相差不大，說明UHPC對伸縮裝置的黏結(jié)錨固能力相對于焊縫斷裂極限承載力有較大富余.因此，伸縮裝置與預(yù)埋鋼筋錯開布置、現(xiàn)場無焊接條件下，錨固區(qū)混凝土對伸縮裝置錨固性能可靠時，所提出的錨固構(gòu)造形式1 試件會發(fā)生焊縫斷裂破壞，錨板布置是否偏心對結(jié)構(gòu)受力幾乎沒有影響，安裝容差性高，可保證伸縮裝置的安裝質(zhì)量，解決既有伸縮縫結(jié)構(gòu)中伸縮縫結(jié)構(gòu)安裝現(xiàn)場焊接工藝繁瑣的難題.

圖10 偏心試件荷載-界面分離位移曲線Fig.10 Load-interface separation displacement curves of eccentric specimens

實際橋梁工程應(yīng)用中，當(dāng)錨固區(qū)采用UHPC 材料時，可進(jìn)一步考慮對伸縮縫錨固構(gòu)造形式1 進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計：1）用抗剪連接短栓釘替代圖1（b）中錨板一側(cè)的錨筋；2）在型鋼側(cè)向間隔布置栓釘連接件，與焊縫共同分擔(dān)荷載作用；3）適當(dāng)減小錨固區(qū)UHPC層的澆筑厚度.

優(yōu)化設(shè)計的兩種UHPC 伸縮縫錨固構(gòu)造形式，既適用于中小橋梁單縫式伸縮縫中，又適用于大跨徑橋梁的模數(shù)式伸縮縫的邊梁部位；針對伸縮縫在橋梁結(jié)構(gòu)損壞中占比較高的現(xiàn)狀，可考慮用于伸縮縫的修復(fù).

4 結(jié)論

針對橋梁伸縮縫安裝時焊接工藝繁瑣、質(zhì)量難控、錨固構(gòu)造易破損的現(xiàn)狀，基于UHPC 材料提出了兩種施工現(xiàn)場零焊接的伸縮縫錨固構(gòu)造形式，研究了其基本靜力錨固性能，得到以下主要結(jié)論：

1）兩種優(yōu)化的伸縮縫錨固結(jié)構(gòu)在剛度、強(qiáng)度及抗裂性能方面明顯優(yōu)于傳統(tǒng)伸縮縫錨固結(jié)構(gòu).其中，優(yōu)化構(gòu)造形式1、2 的初裂荷載基本相同，為原焊接構(gòu)造的2.2 倍，極限承載能力分別為原焊接構(gòu)造的1.38 倍和2.33 倍.原焊接試件破壞形態(tài)為內(nèi)部錨板拔出，主要由SFRC 的錨固性能和抗裂性能控制；優(yōu)化構(gòu)造形式1 下試件破壞形態(tài)為型鋼-錨板連接焊縫斷裂，主要由試件焊縫強(qiáng)度控制；優(yōu)化構(gòu)造形式2下試件破壞形態(tài)為下方NC 基體開裂，上部伸縮縫結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較高.

2）原焊接試件與優(yōu)化構(gòu)造形式1 試件的荷載-界面分離位移曲線在線性階段基本保持一致，但優(yōu)化構(gòu)造形式1 試件后期剛度較高，且在限制表面裂縫產(chǎn)生和發(fā)展方面有明顯優(yōu)勢，可考慮替代傳統(tǒng)伸縮縫結(jié)構(gòu)；優(yōu)化構(gòu)造形式2 試件中型鋼側(cè)向長栓釘?shù)募釉O(shè)較好地限制了界面位移的發(fā)展，同時改善焊縫位置的受力情況，使試件整體結(jié)構(gòu)剛度顯著提升，可考慮用于礦區(qū)等重載車輛通行較多的橋梁結(jié)構(gòu).

3）三種構(gòu)造形式下錨板應(yīng)變變化規(guī)律基本相同.錨板頂部靠近焊縫位置處應(yīng)變最大，離型鋼-錨板連接焊縫位置越遠(yuǎn)，應(yīng)變越??；相比于焊縫開裂和UHPC表面裂縫發(fā)展，混凝土對伸縮裝置的錨固作用對試件受力性能的影響為主要因素.

4）優(yōu)化構(gòu)造形式1下，試件中UHPC 對伸縮裝置的黏結(jié)錨固能力相對于焊縫斷裂極限承載力有較大富余，當(dāng)錨固區(qū)混凝土對伸縮裝置錨固性能可靠時，試件會發(fā)生焊縫斷裂破壞，錨板安裝是否偏心對結(jié)構(gòu)受力幾乎沒有影響.

5）兩種優(yōu)化方案在提高了伸縮裝置的受力性能和錨固性能的同時具有施工便捷、現(xiàn)場零焊接、安裝容差性高的優(yōu)勢，為UHPC 材料在橋梁伸縮縫中的應(yīng)用提供了理論和試驗基礎(chǔ)，同時為橋梁伸縮裝置的優(yōu)化設(shè)計提供參考.此外，試驗僅研究了伸縮件與預(yù)埋鋼筋在無焊接條件下UHPC 對其的錨固性能，為保證工程應(yīng)用的可靠性，對該新型伸縮縫結(jié)構(gòu)在長期荷載循環(huán)作用下的性能研究是下一步工作的重點.