何偉,時松,王博,常亮亮,閆嵩
(1.華北水利水電大學土木與交通學院,鄭州 450045;2.許昌市建設投資有限責任公司,許昌 461000;3.中鐵十六局集團有限公司,北京 100018)
近年來,隨著中國的綜合國力的快速增長,基礎設施建設突飛猛進。在橋梁建設上,建設速度、質量、環保性及綜合效益等已成為重點關注方面。節段預制拼裝技術憑借“化整為零,集零為整”的建設思想,在施工工藝上具有工程質量高,施工周期快,經濟效益與環境效益較好等優點[1-4],較好地滿足了當代橋梁建設需求,在中國逐步得到了發展應用。
節段預制拼裝技術是一種特殊的造橋技術,是指把梁體沿橋梁的縱向劃分成若干節段,然后節段梁在梁場預制保養后運到橋位處進行拼裝的一種施工方法[5-7]。世界第一座現代意義上使用節段拼裝建設技術的是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60年代應用該技術建造成昆鐵路上的舊莊河一號橋和孫水河五號橋[9]。關于節段預制拼裝橋梁的理論研究,尤其是對膠接縫節段預制拼裝橋梁的系統地理論研究,直到20世紀八九十年代才見報道。這主要是因為當時的施工建造技術比較落后,導致拼裝后出現了線形偏差較大、預應力筋防腐不理想以及后期維護成本過大等問題,以至該項施工工藝應用較少,關于節段預制拼裝結構的理論研究也就滯后。
隨著體外預應力技術的成熟,以及先進架橋設備的發明,節段預制拼裝技術又再一次煥發光彩,到目前為止,節段預制拼裝技術施工經驗已經積累了很多,其理論研究也逐漸成熟了起來。
目前中國節段預制拼裝橋梁多是參考國外的相關規范和經驗積累來設計和施工,出臺的相關規范與技術標準還不夠完善。因此有必要根據節段預制拼裝橋梁建設的需要,對節段拼裝橋梁進行系統的理論研究,以期推動節段預制拼裝橋梁在中國橋梁領域的應用與發展。
為此,針對目前建造技術較新穎的膠接縫節段預制拼裝橋梁,對其膠接縫、剪力鍵、耐久性等理論研究現狀進行了系統闡述;并且針對膠接縫節段預制拼裝橋梁未來的研究方向進行了展望。
節段預制膠接縫拼裝技術近些年在中國橋梁領域的工程應用如圖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場Fig.1 Construction site of Zhengzhou to Xuchang intercity railway

表1 膠接縫節段預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 膠接縫節段預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]
在節段預制拼裝橋梁結構中,接縫是用來連接各個節段的一種特殊構造。根據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,所以無法抵抗拉應力,抗震性和耐久性存在嚴重缺陷,目前中外應用較少[21-22]。濕接縫的施工方法屬于傳統的混凝土澆筑施工,20世紀90年代開始應用,但是由于施工工序步驟較多,導致施工時間長、施工質量不易保證,受溫度影響節段拼裝的線形不易控制等一系列問題,致使該項技術漸漸被膠接縫拼裝技術取代[10]。
膠接拼裝技術是用環氧樹脂膠將兩段梁的梁端粘接在一起,再進行預應力張拉[1]。節段預制拼裝梁專用的環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,根據環境溫度與固化時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;而且環氧樹脂膠可以彌補混凝土接縫表面的不平整現象,防止出現應力集中的情況。因為拼裝施工時不涉及混凝土澆筑,所以不用考慮水化熱帶來的線形控制問題;此外,環氧樹脂膠的潤滑作用也可以使剪力鍵在拼裝時的定位準確,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,并首先使用了當時新穎的膠接拼裝技術[24-25]。
隨著橋梁建造技術的要求越來越高,膠接拼裝技術應用越來越廣泛。由于構造特殊的原因,膠接縫(圖2)為節段預制拼裝橋梁的一個薄弱環節[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度與抗剪強度相關的研究以及以此衍生的其他研究。

圖2 膠接縫Fig.2 Epoxy resin joint
由于中國已有的規范并未給出膠接縫中環氧樹脂膠與混凝土粘結時的相關強度,設計時沒有具體參考,所以節段預制拼裝橋梁在進行抗裂性設計時都會比較保守。一些學者進行了部分關于膠接縫抗拉強度的研究。
李學斌等[28]、曹增華[29]、盧文良等[30]提出了節段預制膠拼橋梁在抗裂性設計中,應當考慮節段間膠接縫的抗拉強度,以減少預應力筋的使用,降低工程造價。李學斌等[28]通過對兩組接觸面積相同的混凝土試件,用過控制試件內配筋與否,進行軸向拉伸靜載試驗,得到了節段間膠接縫的極限抗拉強度約為3 MPa,并通過分類試驗對比得到了接縫處混凝土表面的干凈程度對極限抗拉強度的影響。
抗裂安全系數Kf的計算公式[29]為
Kf=(σc+γfct)/σ
(1)
式(1)中:σc為扣除預應力損失后的混凝土預壓應力;γ為考慮混凝土塑性的修正系數;fct為混凝土抗拉極限強度;σ為計算荷載在截面受拉邊緣混凝土中產生的正應力。
通常在節段膠接縫橋梁抗裂性設計中,不考慮環氧樹脂膠與混凝土粘結的抗拉強度,取fct=0,這導致計算結果偏保守,從而造成了材料的浪費,經濟性較差。在式(1)基礎上,通過試驗結果對其加以修正,引入膠接縫混凝土抗拉強度修正系數kct,fct取值也為正常的混凝土抗拉極限強度,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,結果表明測出開裂荷載與計算荷載幾乎吻合,證明了該修正公式的可行性,建議膠接縫節段預制拼裝橋梁在設計時,應當考慮節段間膠接縫的抗拉強度。
盧文良等[30]在已有研究的基礎上,提出了膠接縫的抗拉強度具有一定的離散性,并通過對4個軸心抗拉模型的靜載試驗,分析對比得到的膠接縫極限抗拉強度均值與C55混凝土的極限抗拉強度值接近,說明混凝土與環氧樹脂之間有良好的粘接性能,并認為接縫表面的清潔程度、環境溫度、濕度等會影響環氧樹脂膠與混凝土間的粘接強度,但僅是提出并未做深入的理論研究。
目前已經建成運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]均在正截面抗裂計算中采用了上述研究中的節段間膠接縫的極限抗拉強度值,并參考曹增華[29]的修正公式,修正系數kct取0.3。
盧文良等[33]對6個膠拼彎折試件進行靜力加載直至破壞,測得試件的彎折強度平均值為5.4 MPa,為素混凝土試件彎折強度的85%,且其破壞形式為脆性破壞,試驗結果可為節段預制膠拼橋梁的抗裂性設計提供一定價值的參考。王瑞[34]通過對比5片試驗梁的開裂荷載與目前研究中已提出的抗裂安全公式,發現目前已存在的抗裂性計算公式是偏保守的,為此提出了抗裂性檢算建議公式[式(3)],并驗證了其合理性。
1.2σ≤σc+0.5γfct
(3)
目前針對環氧樹脂膠接縫抗拉強度亟需進行更深入的研究。上述研究僅證明了膠接縫本身具有一定的抗拉強度,尚未涉及抗拉強度的影響因素的研究,且已得到的修正過的抗裂性計算公式僅證明了其可行性,結果的精確與否還需進一步探索。
目前,關于節段預制拼裝橋梁膠接縫抗剪強度的研究,主要集中在結合剪力鍵一同進行分析研究。Buyukozturk等[35]研究了對節段預制膠接縫橋梁的抗剪強度與變形性能,首次提出了膠接縫抗剪能力的計算公式,得出膠接縫的抗剪強度高于干接縫抗剪強度的結論,為節段預制拼裝橋梁的設計提供理論依據。Issa等[36]通過對單鍵膠接縫進行試驗研究,得出高溫與低溫相比環氧樹脂膠的抗剪能力提升了28%,對比美國國家公路與運輸協會(American Association of State Highway and Transportation Officeais,AASHTO)的指導性規范GuideSpecificationsfordesignandConstructionofSegmentalConcreteBridge[37]中給出的單鍵膠接縫抗剪強度計算公式,認為該公式計算偏保守,忽略了環氧樹脂膠對抗剪強度的貢獻。
Shamass等[38]、Liang等[39]通過對比分析試驗與數值模擬,認為當環氧樹脂膠的彈性模量大于混凝土彈性模量25%的時,膠接縫的極限抗剪強度不再受混凝土抗拉強度的影響。Shamass等[38]修正了計算膠接縫抗剪強度的經驗公式。Yao等[40]根據試驗結果證明了文獻[35]的計算公式高估了膠接縫抗剪承載力,而文獻[38]修正的公式低估了膠接縫的抗剪承載力,認為出現偏差的原因在于沒有考慮膠接縫厚度對其抗剪強度的影響。

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,對其一段高架橋進行有限元建模,分析其在不同工況下的應力狀態,結果表明:膠接縫剪力在溫度荷載下的變化很小,設計時可以忽略溫度荷載對膠接縫剪力的影響,并建議在設計時對節段膠拼橋梁的抗彎剛度與抗剪強度進行折減。肖俊堯[42]以鄭州西四環主線橋為工程背景,建立全橋有限元模型,對其靜動力學性能進行分析,結果表明:橋梁在不同工況下受力合理,符合要求,并根據膠接縫強度折減等因素提出了改進的膠接縫抗剪承載力計算公式,通過與目前已有的試驗結果對比發現數據吻合,證明了該公式的合理性。陳泓偉[43]通過7個靜載直剪試驗模型、14分數值計算模型、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,試驗結果表明:膠接縫的直剪作用下在出現裂縫后迅速破壞,破壞形式為脆性破壞;數值結果表明:正應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論的基礎上,設計了2組UHPC膠接縫剪切試驗,控制變量為側向應力水平和有無鍵齒,得出UHPC膠接縫的破壞形式為脆性破壞的結論,并認為UHPC的抗壓強度增大時,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,而關于環氧樹脂膠的性能、涂膠工藝的不同等對膠接抗剪強度影響的研究處于起步階段,還有待進一步研究。
Mazumdar等[46]研究發現,當膠接縫厚度增大到一定數值,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節段梁的有限元模型,根據應力、變形結果可知:膠接縫越厚,膠接縫的壓縮變形量越大,會導致預應力損失的增加;膠接縫越厚,膠接縫的應力分布越不均勻。徐兵[48]對膠拼試件的表面厚度與中心厚度隨機選擇30處進行測量,擠壓應力為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行了研究,對11組互相匹配并設置剪力鍵的A、B兩塊試件統一施加約0.3 MPa壓應力,試驗測得膠接縫厚度的平均值為0.48 mm,標準差為0.23 mm,分析了影響膠接縫厚度的原因,認為膠接縫越厚,對橋梁的耐久性越不利,同時也會造成預應力損失增大;由于環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構的整體剛度。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,同時驗證了文獻[46]的結論。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,建立了某兩跨連續高架橋的有限元模型進行數值模擬計算,結果表明:當接縫涂膠上下厚度不均勻時,會小幅度影響梁體的豎向變形,左右涂抹不均勻時,對梁體的線性會產生較大的影響。
姜云等[52]以南京江心洲大橋(圖4)膠拼構件為研究對象,給出了優化后的環氧樹脂膠接縫厚度控制區間為4~6 mm,厚度過大則會使整體剛度降低,同時也導致預應力損失增大。
目前關于膠接縫厚度的理論研究僅停留在厚度變大的成因上,而關于接縫變厚導致的結構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
剪力鍵(圖5)是節段預制拼裝橋梁中的重要結構,是由鍵齒與鍵槽構成,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置,通常不加設鋼筋,一般設置形式分為單齒與多齒[53]。

圖5 鄭許市域鐵路節段預制箱梁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,剪力鍵的抗剪強度影響著整座橋梁的力學性能[54]。自20世紀90年代起,中外學者通過理論推導、數值模擬以及試驗模擬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[37]中給出了接縫處的抗剪承載力的計算公式,但Zhou等[55]、Alcalde等[56]、Jiang等[57]、Turmo等[58]、Shamass等[59]都認為該公式只參考了單齒剪力鍵的試驗結果,并沒有考慮多齒剪力鍵中應力不均勻的現象,而在現代橋梁建設中,多齒剪力鍵的應用越來越廣泛,如果在設計中再使用該公式會導致計算結果偏大。
Zhou等[55]在文獻[37]給出的公式基礎上,通過一系列平接、單鍵齒、三鍵齒拼裝試件的足尺試驗研究,并將控制參數設為膠接縫厚度、水平應力、混凝土強度等級,根據試驗結果建議在多鍵接縫的設計中,引入一定的折減系數,但該研究沒有對折減系數的具體計算方法進行說明。Alcalde等[56]則是采用數值模擬的方法,對單鍵齒、三鍵齒、五鍵齒和七鍵齒4種接縫形式進行計算,發現當剪力鍵數越多,接縫能傳遞的平均剪應力就越小,但這種影響隨著鍵數的增加也越來越小,并在文獻[37]給出的公式的基礎上提出了新的抗剪承載力計算公式。Jiang等[57]通過試驗結果與數值模擬對比分析,認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度折減系數為0.7。Turmo等[58]通過干接縫多鍵齒的抗剪性能試驗,將試驗結果與文獻[37]抗剪承載公式的計算結果對比,驗證多鍵齒的極限抗剪承載力是否等于同等鍵齒數量的單鍵齒接縫的極限抗剪承載能力的代數和,結果表明多鍵齒的極限抗剪承載力應乘上一個折減系數。Shamass等[59]根據已有的干接縫與膠接縫試驗模型,進行了有限元數值分析,發現文獻[37]給出的公式得出的抗剪承載力與數值分析結果預測的抗剪承載力結果存在差異。
汪雙炎[60]最早開展了剪力鍵數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行抗剪試驗研究,試驗結果表明:五鍵齒的抗剪性能在3種工況下都是優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]通過數值模擬分析剪力鍵數目對節段梁接縫的抗剪承載能力的影響,認為膠接縫鍵齒拼裝梁的抗剪性能接近于混凝土現澆梁的抗剪性能,提出了建議抗剪計算公式。李甲丁[62]以南京長江四橋節段預制拼裝剛構體系為工程背景,根據試驗與有限元模擬計算結果,給出了建議干接縫與膠接縫抗剪承載能力公式,認為剪力鍵面積會影響剪力鍵的直剪強度。王建超[63]以南京長江四橋為例,研究了剪力鍵數目對接縫抗剪承載能力的影響,通過對15個試件的剪切破壞以及背景工程的有限元分析計算,得出三鍵齒接縫的抗剪性能很大程度上優于單鍵齒接縫,且三鍵齒抗剪承載力不等于3個單鍵齒抗剪承載力的代數和,這與Turmo等[58]的研究結果一致。宋守壇[64]通過10個節段拼裝試件的抗剪試驗,提出了鍵齒尺寸為影響因素的抗剪計算公式。孫雪帥[65]設計了14個與鍵齒尺寸相關的試件,根據試驗結果認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,鍵齒的受力狀態會發生改變,從斜壓向斜剪過渡,導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,并通過數值模擬的方法建立了文獻[57]中的試驗模型,分析得出考慮剪力不均勻分布時的接縫抗剪承載力的計算方法,并對比Alcalde等[56]、Jiang等[57]給出的計算公式,得出文獻[37]中的計算公式在不同種類剪力鍵布置形式下的計算誤差。袁愛民等[67-68]在不同研究中,通過控制試驗中剪力鍵的各種變量,得出了剪力鍵抗剪性能的相關結論。首先在文獻[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下的數據,發現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,并建議在設計中不要盡量增加剪力鍵的齒距與齒深,以滿足預制的工序簡化與拼裝涂膠時的方便。然后在文獻[68]中通過在試驗中改變剪力鍵的數目與剪力鍵的配筋方式,發現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測公式,另外通過配有體內束穿過膠接縫的試件,發現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束,雖然其抗剪承載力有了明顯的提升,但在實際工程中配有體內束很大程度上增加了施工難度,與節段預制拼裝技術的施工優勢不切合,而且上述關于剪力鍵的研究多集中在直剪狀態下的受力性為,但工程中工況較為復雜,剪力鍵處在彎剪狀態、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。
接縫是節段預制拼裝橋梁的薄弱的環節,在膠接縫節段預制拼裝橋梁中膠接縫的密閉性以及預應力孔道的灌漿質量影響著整座橋梁的耐久性[69-70]。環氧樹脂膠的配合比、攪拌質量、涂膠厚度都會對膠接縫的密閉性產生影響[71]。而節段梁在澆筑、拼裝時都會產生一定的誤差,從而導致預應力孔道存在一定的錯位,在灌漿時出現漏漿、漏氣的情況,難以保證孔道的密閉性,從而導致對預應力筋的保護能力降低,影響橋梁的耐久性[72]。
由于沒有試驗數據支撐,文獻[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計起到重要的參考。Li等[73]、李國平等[74]基于此原因,通過對接縫的耐久性相關試驗,得出了不同的具有一定參考價值的結論。Li等[73]通過分組試驗,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于濕接縫的,而氯離子在膠接縫中擴散系數是波動的。李國平等[74]基于Li等[73]的試驗結果,對接縫的耐久性對結構的整體影響進行了深入的研究,分析得出環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氧樹脂膠的耐久性,并認為在清除水泥砂漿的同時增大混凝土強度等級會顯著地提高環氧樹脂膠的耐久性。

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)的耐久性設計,對提高節段預制拼裝橋梁耐久性提出一些具有參考價值的建議:接縫處采用物理性能與化學性能良好的環氧樹脂膠,其具有良好的密閉性與耐久性,可以較好地防水防腐,保護預應力筋;預應力體內配束;預應力孔道壓漿時采用真空壓漿工藝保證灌漿的氣密性、不漏漿。商耀兆[32]在此基礎上,根據泰國曼谷至呵叻高速鐵路高架橋耐久性設計,提出了在結構設計時就要保證在正常使用狀態下截面全部受壓,提高正截面抗裂安全系數以達到提高橋梁耐久性的目的。
針對膠接縫節段預制拼裝橋梁,對其膠接縫、剪力鍵、耐久性等的理論研究現狀進行了系統闡述。根據已有研究得出如下結論。
(1)目前中外學者對于膠接縫受力性能已經進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,關于膠接縫強度精確計算公式還有待進一步研究。
(2)實際工程中剪力鍵由于工況的復雜性多數是在彎剪、疲勞荷載的作用下工作,而已有研究中多數是在直剪作用下的試驗;關于膠接縫剪力鍵抗剪承載力的計算公式,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算公式,所以目前該研究只是處于起步階段。
(3)目前關于橋梁耐久性的研究著重于施工階段預應力孔道密閉性的研究,然而關于環氧樹脂膠壽命、環氧樹脂膠與混凝土粘接強度對耐久性的影響的研究尚鮮見報道。
目前關于膠接縫節段預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,目前的研究重點應針對膠接縫節段預制拼裝橋梁形成全套的設計理論,更好地推動該項技術在中國的發展,因此除了膠接縫受力性能以及剪力鍵形式的研究,還應包括橋型、截面形式、輔助設施等的設計研究,筆者認為研究可從以下幾點開展。
(1)鐵路橋梁領域里環氧樹脂膠壽命對橋梁耐久性的影響。目前節段預制拼裝膠接縫橋梁在鐵路橋梁領域的應用越來越多,但是由于鐵路橋梁具有荷載沖擊大,行車密度大等特點,膠接縫里的環氧樹脂膠在長期的振動沖擊下,有可能發生疲勞而強度降低進而導致破壞。環氧樹脂膠被破壞后對預應力筋保護也會下降,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)進一步研究剪力鍵的面積、鍵深、布置形式等對結構力學性能的影響。由于目前對剪力鍵的理論研究仍處于起步階段,許多工程設計中仍靠經驗來確定剪力鍵的面積、鍵深、布置形式等。所以進一步對剪力鍵的研究有助于剪力鍵的合理設計,為節段預制拼裝橋梁膠接縫的抗剪強度與剪切特性提供重要的理論支撐。
(3)節段預制拼裝膠接縫鐵路橋梁結構體系的研究。目前針對節段預制拼裝膠接縫鐵路橋梁的研究大多數都是關鍵構件的研究,而關于橋梁結構體系的研究極少。目前許多工程項目中,膠接縫節段預制拼裝橋梁的設計大多是靠經驗判斷,而可參考的理論依據也大多是國外的規范標準,不能完全適用于國內的工程情況。因此針對不同的項目情況,研究膠接縫節段預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,并形成系統理論依據,以推動節段預制拼裝膠接縫橋梁在中國鐵路橋梁領域的應用與發展。
(4)節段預制拼裝橋梁設計關鍵技術的研究。目前節段預制拼裝梁憑借諸多優點,逐步成為中國橋梁結構形式發展的新方向。雖然在一些工程實際中已經得到了應用,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,可針對節段預制拼裝膠接縫橋梁的截面參數的控制、構造細節、輔助設施設計等進行系統研究,形成理論經驗,并制定相關標準,讓結構設計與施工過程有理可依,促進行業發展。