桥涵工业化建造可实现快速施工，提升工程品质，减小对现有交通的影响，且有利于环境保护^[1-2]。预制桥面板是桥梁结构工业化建造的重要组成部分^[3]，主要通过在接缝内现浇混凝土连接成整体^[4-5]。然而现浇湿接缝是预制桥面板结构中最薄弱的位置^[6]，传统接缝易开裂、渗水、接缝界面黏结强度低，严重时会影响桥梁结构的使用性能和耐久性^[7]。同时，为保证湿接缝的传力性能，接缝内钢筋数量较多、施工难度大、钢筋定位精度要求高、不利于快速施工^[8]。

超高性能混凝土(Ultra High Performance Concrete，简称UHPC)相较于普通混凝土，力学性能更加优越，非常适合作为预制桥面板接缝材料^[9]。Hussein等^[10]通过UHPC-普通混凝土界面拉伸和斜剪试验，得到了不同粗糙度下界面黏聚力和界面摩擦力。Graybeal^[11]开展了不同钢筋连接形式的预制桥面板UHPC湿接缝疲劳性能试验研究。张阳等^[12]通过试验与有限元模拟，对比分析了不同UHPC湿接缝界面形式对试件抗弯拉性能的影响。张永涛等^[13]通过30 cm宽UHPC湿接缝和60 cm宽普通混凝土湿接缝对比试验，将UHPC湿接缝宽度缩短到30 cm，但没有给出确定缝宽的理论依据。高力强等^[14]探究了不同界面处理方式下，带UHPC湿接缝构件的力学性能变化。龙佩恒等^[15]针对接缝宽度相同情况下，不同钢筋搭接形式对预制拼装板抗弯性能的影响。何永波等^[16]设计试验并针对有限元软件中不同界面接触模拟结果与试验结果的差异进行分析。李文超^[17]研究了在钢-UHPC组合结构中接缝界面粗糙程度、预应力水平、纵筋搭接形式等参数对桥面板受力性能的影响。

综上所述，现有研究对UHPC接缝的界面黏结性能研究还有待进一步深入考虑，特别是在保证接缝力学性能的前提下如何有效缩短湿接缝的宽度。本研究通过整体浇注桥面板和150 mm宽UHPC接缝预制桥面板的抗弯对比试验，研究带接缝板在不同接缝截面形式及不同钢筋搭接方式情况下的受力性能，为预制桥面板UHPC湿接缝连接技术的推广与运用提供依据。

共设计了4个桥面板试件，包括3个采用UHPC湿接缝的预制桥面板试件和整体浇注试件。整体浇注板和预制板均采用C50混凝土，UHPC湿接缝宽度为150 mm。完成后的桥面板试件长3 050 mm，宽1 190 mm，厚200 mm。板内布置双层直径为16 mm的HRB400钢筋，纵向间距为110 mm，横向间距为225 mm，钢筋保护层厚度为30 mm，如表 1所示。

UHPC由包含水泥、硅灰、石英粉等材料的预混粉料、钢纤维、水和外加剂配置而成，钢纤维采用直径0.2 mm，长度为14 mm的直线形钢纤维，对于每50 kg的预混料与其他材料的配合比如表 2所示。

整体浇注的桥面板为整体板(ZT)：纵向钢筋通长布置。各预制桥面板试件接缝构造图如图 1所示。漏斗形接缝预制桥面板接缝浇注时不需要底模，只需在接缝底部放置直钢筋和黏合剂。漏斗形接缝又分L-U和L-H两种，漏斗形L-U接缝内为U形钢筋，浇注UHPC湿接缝；漏斗形L-H接缝内底部受拉纵筋为在直筋基础上尾端弯起的弧形筋，顶部受压纵筋采用普通直筋；楔形接缝板X-U接缝内为U形钢筋。所有试件U形筋均采用交错布置，伸出预制板的长度均为125 mm，在接缝内的搭接长度为100 mm。

图 1 预制桥面板试件接缝构造(单位：mm) Fig. 1 Joint structure of precast bridge deck specimen(unit: mm)

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试验采用100 t液压伺服千斤顶和分配梁进行四点弯曲加载^[18]，加载点间距为800 mm，如图 2所示。位移计布置见图 2(a)，分别位于跨中、跨径1/3处和支座处。应变测试内容包括预制板和湿接缝内钢筋的应变、预制桥面板混凝土和湿接缝内UHPC的应变，以及整体板相对应位置处的应变数据。具体测点布置见图 3和图 4。图 4中NC表示普通混凝土处，NF表示接缝处。

图 2 加载方案(单位：mm) Fig. 2 Loading scheme (unit: mm)

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图 3 钢筋应变片布置(单位：mm) Fig. 3 Layout of steel strain gauges(unit: mm)

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图 4 接缝顶面混凝土应变片测点(单位：mm) Fig. 4 Measuring point layout of concrete strain gauge on top of joint(unit: mm)

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图 5为各试件荷载-跨中位移曲线，由图 5可知预制桥面板与整体桥面板的变形规律基本一致，均呈现3阶段特性。在弹性阶段，试件完好，所对应的抗弯刚度最大。各试件开裂荷载相差较小，各带UHPC接缝预制桥面板的初始裂缝均出现在普通混凝土板区域，湿接缝区域保持完好。试件开裂后刚度下降，荷载-位移曲线出现拐点，试件进入裂缝发展阶段。随着荷载的不断增加，新裂缝不断产生，已有裂缝持续向桥面板顶面延伸。当荷载到达300 kN左右, 钢筋开始屈服，曲线的斜率快速下降，试件刚度明显减小。350 kN左右，各试件均达到极限荷载，试件破坏。可以看到，各带UHPC接缝的桥面板承载力相较于整体板并没有降低，说明了几种接缝形式均具有良好的连接性能。图 6为各试件破坏时的裂缝照片与整理的裂缝分布图(带圆圈的序号代表裂缝出现顺序)。整体板试件和接缝板试件的破坏模式都是受弯破坏。

图 5 荷载-跨中位移曲线 Fig. 5 Curves of load and displacement of mid-span

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图 6 裂缝分布 Fig. 6 Crack distribution

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试件L-U与X-U采用相同搭接长度的U形钢筋，两者的极限荷载分别为340，350 kN，相差约3%，说明接缝宽度、钢筋连接方式相同的情况下，漏斗形或楔形接缝截面形式不会影响预制桥面板的极限承载力。试件L-U的刚度比试件X-U的刚度略小，但从整体上看，3个试件变形趋于一致，彼此刚度差异不大。

各预制桥面板试件破坏时的主裂缝均位于普通混凝土桥面板内。试件L-U的主裂缝为4号裂缝，宽度为0.9 mm；试件L-H的主裂缝为2号裂缝，宽度为0.84 mm；试件X-U的主裂缝为1号裂缝，宽度为0.98 mm；试件ZT的主裂缝为3号裂缝，位于预制桥面板的接缝中间对应位置处。各预制桥面板试件UHPC接缝连接的整体性良好，不会影响现浇接缝区段及连接界面的抗拉性能。各试件主裂缝宽度随荷载的变化曲线如图 7所示。纵向钢筋屈服前，各主裂缝宽度基本呈线性增长，但相同荷载条件下，各预制拼装桥面板的主裂缝宽度大于整体桥面板；纵向钢筋屈服后，各试件主裂缝宽度迅速增大，但在极限荷载时，预制拼装桥面板的主裂缝宽度与整体板基本相同。

图 7 荷载-主裂缝宽度曲线 Fig. 7 Curves of load and main crack width

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图 8列示了各试件的混凝土拉应变关系，包括预制桥面板普通混凝土测点(NC)、整体桥面板对应位置处普通混凝土测点(NC)和X-U试件UHPC接缝拉应变测点(NF)等。由图 8可知，带UHPC接缝的桥面板受拉区普通混凝土区域的拉应变与整体板的变化情况几乎相同，对于UHPC接缝区域，由于UHPC更大的弹性模量。拉应变变化相较于普通混凝土更加缓慢。当混凝土开裂后，因裂缝出现而导致应变片失效，故仅对开裂前受拉区混凝土应变变化展开研究。

图 8 混凝土荷载-拉应变曲线 Fig. 8 Curves of load and tensile strain of concrete

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图 9展示了各试件的受压区混凝土荷载-压应变关系。测点命名规则同图 8。可以看出，试件开裂之前，普通混凝土板区域与接缝区域的应变几乎相同。当试件开裂以后，与试件开裂前受拉区混凝土荷载-应变变化规律相似，在相同荷载作用下，相较于普通混凝土区域，UHPC接缝区域的应变更小。

图 9 混凝土荷载-压应变曲线 Fig. 9 Curves of load and compressive strain of concrete

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各受拉钢筋的荷载-应变关系如图 10所示。各预制桥面板UHPC接缝内钢筋应变均比普通混凝土内钢筋应变增长慢，且在极限荷载时接缝内测点的最大应变均小于屈服应变，而在极限荷载下整体板对应位置处的钢筋应变数值为2 975 με，钢筋已经屈服。这是因为预制桥面板接缝处UHPC抑制了结构变形，故在极限荷载下接缝内钢筋未屈服，而处于普通混凝土板区域的钢筋则均达到屈服强度。另外，由试件破坏特征和受拉钢筋应变关系可以得到接缝内当钢筋搭接长度为100 mm时，由于UHPC的存在，使得接缝间的传力能够得到保证，满足带UHPC接缝桥面板承载力要求。且采用钢筋交错布置的非接触搭接连接方式的预制拼装桥面板在传力和承载力方面并不低于整体板，证明了接缝内钢筋的搭接长度为100 mm时是足够的。

图 10 荷载-受拉钢筋应变曲线 Fig. 10 Curves of load-strain of tensile reinforcement

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结合预制拼装桥面板湿接缝的特点，本研究通过抗弯性能试验研究了带接缝板在不同接缝截面形式及不同钢筋搭接方式情况下的受力性能。

(1) 预制装配桥面板采用UHPC湿接缝连接时，接缝可取为15 cm宽，且完全能保证桥面板整体性和承载力。

(2) UHPC接缝连接的预制拼装桥面板初始裂缝和主裂缝均位于普通混凝土预制板内，UHPC湿接缝处不产生裂缝，同时UHPC湿接缝与混凝土预制板界面处的裂缝扩展速度缓慢。