一种UHPC湿接缝直剪承载力确定方法

一种uhpc湿接缝直剪承载力确定方法
技术领域
1.本发明涉及一种uhpc湿接缝直剪承载力确定方法，即一种考虑钢纤维对直剪承载力的增强作用，并分别考虑湿接缝界面粘结性能、整体截面粘结性能以及侧向预压力的增强作用的直剪承载力确定方法。


背景技术：

2.超高性能混凝土(ultra-high performance concrete)，简称uhpc)是一种具有超高强度、超高韧性、超长耐久性的水泥基复合材料
[1,2]
，已成为近年来研究的热点。uhpc中掺有大量的钢纤维，纤维对提升uhpc基体强度以及限制裂纹扩展发挥了巨大作用，其优异的受拉性能(高抗拉强度和应变硬化特征)是其最显著的特征之一
[1]
。为了确保桥梁与建筑结构的经济性，uhpc构件的板厚往往设计得较薄
[2]
。在超载等极端荷载作用下，即使采用整体浇筑方式，薄壁结构仍容易发生直接剪切破坏。对于预制拼装和节段现浇uhpc梁桥，接缝处uhpc由于浇筑不连续是其受力的薄弱部位，因而桥梁结构在接缝部位更易发生直剪破坏。接缝按构造形式可分为平接缝和键齿接缝。键齿接缝根部由于混凝土连续，较平接缝抗剪能力强，因而具有较多应用场景。因此，无论是预制拼装uhpc梁桥还是节段现浇uhpc梁桥均应采用键齿接缝。
[0003]
目前，对uhpc接缝直剪性能的研究还大多针对干接缝和胶接缝
[3-5]
，而针对uhpc湿接缝的研究还较少，且少有uhpc规范能够确定uhpc结构及湿接缝处的直剪承载能力，仍只能参考aashto规范普通混凝土接缝
[6,7]
或已有uhpc干、胶接缝直剪承载力计算方法
[4,5]
，这不利于uhpc薄壁结构的应用推广。对于uhpc湿接缝而言，通过高压水射流凿毛(一种常用的混凝土界面处理方式)可以去除uhpc接缝表面浮浆并大量露出接缝界面处钢纤维，使得接缝处钢纤维得以连续
[8]
。这种钢纤维连续的uhpc湿接缝相较于uhpc干、胶接缝具备更强的直剪承载能力。虽然发明人团队前期研究了uhpc整体截面和平湿接缝界面(先浇部分凿毛)的直剪性能
[8]
，且提出了uhpc整体截面和平湿接缝界面的直剪承载力计算公式，但由于前期研究未考虑键齿构造和侧向应力对uhpc湿接缝直剪承载力的影响，因而未能提出uhpc键齿湿接缝直剪承载力计算公式。已有确定混凝土键齿湿接缝直剪承载力的计算公式主要来源于美国aashto规范
[7]
，该计算方法将混凝土接缝直剪承载力分为了两部分加以考虑，分别为键齿部分混凝土基体粘结作用和侧向预压力的增强作用。不难发现，上述直剪承载力计算公式未考虑平接缝部分的骨料粘结作用和钢纤维的增强作用(由于干接缝的界面粘结强度极低，因此被忽略)，而作者前期的研究结果表明
[8]
：uhpc平湿接缝界面粘结强度最大可达到整体浇筑试件的46.0％。考虑到实际接缝构造中平接缝部分的面积往往占到了接缝界面全面积的一半左右。因此，如不考虑uhpc平湿接缝部分的界面粘结性能将会造成构造上的不经济。此外，由于干接缝或胶接缝的界面状态(界面粗糙程度等)相对于整体截面存在着明显的差距，因此aashto规范公式
[7]
将侧向预压力对直剪承载力的增强作用针对接缝整体截面和平接缝界面分别进行计算。但是根据发明人课题组的试验研究：采用高压水射流处理的uhpc湿接缝界面的摩擦系数已较为接近整体截面(见下文)，因此平湿接缝界面和
整体截面的摩擦系数可按同一参数取值，这将会极大简化uhpc湿接缝直剪承载力的计算，便于设计人员应用。
[0004]
针对上述问题，本发明提出了一种计算精度较高的超高性能混凝土湿接缝直剪承载力确定方法。确定方法中考虑了钢纤维对直剪承载力的增强作用，并分别考虑了uhpc平湿接缝界面粘结性能、整体截面粘结性能以及侧向预压力的增强作用，同时考虑了整体截面和湿接缝界面粘结性能的受力不同步效应。并且，为便于计算公式的推广应用，本方法以试验结果为依据将平湿接缝界面和整体截面的摩擦系数按同一参数取值。
[0005]
参考文献
[0006]
[1]陈宝春,季韬,黄卿维,等.超高性能混凝土研究综述[j].建筑科学与工程学报,2014,31(03):1-22.
[0007]
[2]邵旭东,樊伟,黄政宇.超高性能混凝土在结构中的应用[j].土木工程学报,2021,54(01):1-10.
[0008]
[3]张策,邵旭东,张阳.超大跨径uhpc连续箱梁桥接缝设计及模型试验[j].土木工程学报,2015,48(04):52-58.
[0009]
[4]刘桐旭.节段预制拼装uhpc梁接缝抗剪性能试验与理论研究[d].南京:东南大学,2017.
[0010]
[5]liu t x,wang z,guo j,et al.shear strength of dry joints in precast uhpc segmental bridges:experimental and theoretical research[j].journal of bridge engineering,2019,24(01):04018100.
[0011]
[6]姜海波,王添龙,肖杰.等.预制节段钢纤维混凝土梁干接缝抗剪性能试验[j].中国公路学报,2018,31(21):37-49.
[0012]
[7]aashto.aashto lrfd bridge design specifications,2th ed.[s].washington,dc,2003.
[0013]
[8]冯峥,李传习,潘仁胜,等.uhpc直剪性能试验与直剪承载力计算方法[j].中国公路学报,2021,34(08):78
–
90.
[0014]
[9]kim y j,chim w j,jeon s j.interface shear strength at joints of ultra-high performance concrete structures[j].international journal of concrete structures and materials,2018,12:2-14.
[0015]
[10]dbj43/t325-2017.活性粉末混凝土结构设计技术规程[s].湖南省住房与城乡建设厅,2017.
[0016]
[11]jang h o,lee h s,cho k,et al.experimental study on shear performance of plain construction joints integrated with ultra-high performance concrete(uhpc)[j].construction and building materials,2017,152:16-23.
[0017]
[12]jiang h b,shao t f,fang z c,et al.shear-friction behavior of grooved construction joints between a precast uhpc girder and a cast-in-place concrete slab[j].engineering structures,2021,228:111610.


技术实现要素：

[0018]
本发明旨在提供一种uhpc湿接缝直剪承载力确定方法，该确定方法考虑了钢纤维对直剪承载力的增强作用，并分别考虑了uhpc平湿接缝界面粘结性能、整体截面粘结性能以及侧向预压力的增强作用，同时考虑了整体截面和湿接缝界面粘结性能的受力不同步效应。并且，以试验结果为依据将平湿接缝界面和整体截面的摩擦系数按同一参数取值，大大提高了计算公式的实用性。
[0019]
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
[0020]
一种uhpc湿接缝直剪承载力确定方法，其特征在于：
[0021][0022]
其中v为uhpc湿接缝直剪承载力，α为钢纤维增强作用的拟合系数；ak为键齿接缝受剪面整体部分的面积，fc为uhpc轴压强度平均值，λf为钢纤维特征参数，φ为平接缝部分进入峰值强度阶段与键齿整体部分不同步的降低系数，η为平湿接缝试件相对于整体试件直剪峰值强度的比值，a
sm
为键齿接缝受剪面的平接缝部分面积，μ为摩擦系数，σn为侧向应力，a为试件剪切界面全面积。
[0023]
本发明的超高性能混凝土(uhpc)湿接缝直剪承载力确定方法考虑钢纤维对直剪承载力的增强作用，并将直剪承载力计算式中的湿接缝界面粘结性能、整体截面粘结性能以及侧向预压力的增强作用分别加以考虑，计算公式为：
[0024]
v＝v
k,u
v
sm,u
v
ls
ꢀꢀ
(1)
[0025]
式中：v为超高性能混凝土湿接缝直剪承载力计算公式，v
k,u
为键齿接头部分(整体部分)uhpc骨料粘结力和钢纤维的增强作用所提供的直剪承载力，v
sm,u
为非键齿接头部分(平缝部分)uhpc骨料粘结力和钢纤维的增强作用所提供的直剪承载力，v
ls
为侧向预压力的增强作用。
[0026]
本发明中，键齿接头部分(整体部分)uhpc骨料粘结力和钢纤维增强作用所提供的直剪承载力计算公式为：
[0027][0028]
式中：α为钢纤维增强作用的拟合系数，ak为键齿接缝受剪面整体部分的面积，fc为uhpc轴压强度平均值，λf为钢纤维特征参数。
[0029]
非键齿接头部分(平缝部分)uhpc骨料粘结力和钢纤维增强作用所提供的直剪承载力计算公式为：
[0030][0031]
式中：φ为平接缝部分进入峰值强度阶段与键齿整体部分不同步的降低系数，η为直剪强度比(即平湿接缝试件相对于整体试件直剪峰值强度的比值)，a
sm
为键齿接缝受剪面的平接缝部分面积(被高压水凿毛)。
[0032]
侧向预压力的增强作用的计算公式为：
[0033]vls
＝μσ
naꢀꢀ
(4)
[0034]
式中：μ为摩擦系数，σn为侧向应力，a为试件剪切界面全面积。
[0035]
将式(2)-式(4)按式(1)进行叠加，则超高性能混凝土湿接缝直剪承载力计算公式
为：
[0036][0037]
式中：α为钢纤维对直剪承载力增强作用的拟合系数；ak为键齿接缝受剪面整体部分的面积，fc为uhpc轴压强度平均值，λf为钢纤维特征参数，φ为平接缝部分进入峰值强度阶段与键齿整体部分不同步的降低系数，η为直剪强度比(即平湿接缝试件相对于整体试件直剪峰值强度的比值)，a
sm
为键齿接缝受剪面的平接缝部分面积(被高压水凿毛)，μ为摩擦系数，σn为侧向应力，a为试件剪切界面全面积。
[0038]
根据本发明的实施例，还可以对本发明作进一步的优化，以下为优化后形成的技术方案：
[0039]
在其中一个优选的实施例中，所述确定方法具体包括如下步骤：
[0040]
步骤1：制作以钢纤维长径比、钢纤维掺量以及钢纤维形状为变量的“z”形uhpc整体浇筑试件和uhpc平湿接缝试件(接缝界面采用高压水射流处理)；制作以键齿形状、尺寸大小以及侧向预压力为变量的“z”形uhpc键齿湿接缝试件和同批次的材性试件；
[0041]
步骤2：通过材性试验得到uhpc的轴压强度、立方体抗压强度等材料基本力学性能，通过直剪推出试验得到各“z”形uhpc试件的直剪强度和直剪承载力；
[0042]
步骤3：以aashto规范中普通混凝土接缝直剪承载力公式为基础，考虑纤维的增强作用，根据不同纤维参数下uhpc整体试件的试验结果拟合得到uhpc整体截面直剪承载力计算公式并求得钢纤维增强作用的拟合系数α的具体值；对于键齿湿接缝试件而言，不考虑剪切面键齿深度的影响，将剪切面处键齿截面按整体截面考虑；
[0043]
步骤4：通过不同纤维参数下uhpc整体浇筑试件和uhpc平湿接缝试件的直剪强度结果确定直剪强度比η与纤维特征参数λf之间的函数关系；通过在uhpc整体浇筑截面直剪承载力公式的基础上考虑直剪强度比η可得到uhpc平湿接缝界面直剪承载力公式v
sm
＝ηv
en
，式中v
en
为与平接缝面积相等的同材料uhpc整体截面直剪承载力；
[0044]
步骤5：由于键齿湿接缝试件中平接缝部分进入峰值强度阶段与键齿整体部分进入峰值强度阶段存在不同步效应，因此在式v
sm
＝ηv
en
的基础上考虑强度不同步降低系数φ的影响，即
[0045]
步骤6：考虑侧向预压力的增强作用，按照库伦准则可得v
ls
＝μσna；根据不同侧向预压力下uhpc湿接缝试件的直剪强度可得到uhpc湿接缝界面摩擦系数μ；
[0046]
步骤7：根据剪切受力的分项叠加原则可得到超高性能混凝土湿接缝直剪承载力计算公式
[0047]
步骤8：使键齿试件湿接缝试件直剪承载力计算值(按照计算)与试验值相等，根据最小二乘法原理即可求解键齿湿接缝试件中的平接缝部分进入峰值强度阶段与键齿整体部分不同步的降低系数φ；
[0048]
步骤9：为安全起见，最终的uhpc湿接缝直剪承载力推荐公式中uhpc试件侧向预压力引起直剪承载力增加的摩擦系数μ取试验结果的标准值，或μ＝1.26。
[0049]
在其中一个优选的实施例中，所述直剪强度比η的计算公式为：
[0050]
η＝β1β2(32.08 11.21λ
f-8.42λ
f2
2.25λ
f3
)/100
[0051]
式中:β1为纤维形状系数，β2为短纤维折减系数；优选平直形纤维的纤维形状系数β1＝1.0，端勾形纤维的纤维形状系数β1＝1.1，β2＝lf/16，lf为纤维的长度，单位为mm。
[0052]
在其中一个优选的实施例中，钢纤维特征参数λf的计算公式为：
[0053][0054]
式中：ρf为纤维体积掺量；lf为纤维长度；df为纤维直径。
[0055]
在其中一个优选的实施例中，拟合系数α＝0.4-0.6。更优选地，拟合系数α为0.5076。
[0056]
在其中一个优选的实施例中，对于uhpc整体截面和通过高压水射流凿毛的uhpc湿接缝界面的摩擦系数μ取相同值，μ＝1.2～1.6。更优选地，μ＝1.26。
[0057]
在其中一个优选的实施例中，平接缝部分进入峰值强度阶段与键齿整体部分不同步的降低系数φ：
[0058]
对于平接缝界面，φ＝1；
[0059]
对于整体浇筑截面，φ＝0；
[0060]
对于键齿湿接缝试件，φ值与受剪面整体部分面积占受剪面积之比紧密相关；对于受剪面整体部分面积占受剪面积1/3的键齿试件，φ＝0.5-0.7。
[0061]
在其中一个优选的实施例中，对于受剪面整体部分面积占受剪面积1/3的键齿试件，φ＝0.607。
[0062]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0063]
本发明基于不同钢纤维长径比、钢纤维掺量、钢纤维形状、键齿形状以及侧向应力下的65个uhpc整体试件、平湿接缝试件和键齿湿接缝试件，在已有混凝土接缝直剪承载力计算公式的基础上考虑了接缝界面处钢纤维对直剪承载力的增强作用，并将平接缝界面粘结性能作为主要受力部分加以考虑；此外，不同于普通混凝土接缝直剪承载力公式中整体截面摩擦系数与平接缝界面摩擦系数按不同值取值的方法，本发明中以试验结果为依据将平湿接缝界面和整体截面的摩擦系数μ按同一参数取值，便于公式的推广应用。
[0064]
本发明所得到的超高性能混凝土湿接缝直剪承载力计算公式，适应范围广和预测精度高，公式中包括uhpc轴心抗压强度、纤维特征参数、接缝处各部分面积、摩擦系数、平接缝部分进入峰值强度阶段与键齿整体部分不同步的降低系数φ等参数。其中，uhpc轴心抗压强度fc可根据简单材性试验获得；纤维特征参数λf和接缝处各部分面积根据设计结果为已知量；摩擦系数μ和强度不同步降低系数φ有试验值时按试验值取值，无试验值时可按本发明优选值取值。
附图说明
[0065]
图1为超高性能混凝土湿接缝直剪承载力确定方法流程图；
[0066]
图2为uhpc整体浇筑试件截面尺寸及钢筋布置图(单位：mm)；其中a)为试件正视图，b)为试件侧视图；
[0067]
图3为uhpc梯形键齿(tx)接缝试件截面尺寸(单位：mm)；其中a)为示意图，b)为实
物照片，b)再浇筑一半即为a)；
[0068]
图4为uhpc倒梯形键齿(dtx)接缝试件截面尺寸(单位：mm)；其中a)为示意图，b)为实物照片，b)再浇筑一半即为a)；
[0069]
图5为uhpc矩形键齿(jx)接缝试件截面尺寸(单位：mm)；其中a)为示意图，b)为实物照片，b)再浇筑一半即为a)；
[0070]
图6为uhpc平接缝(px)试件截面尺寸(单位：mm)；其中a)为示意图，b)为实物照片，b)再浇筑一半即为a)；
[0071]
图7为uhpc剪切试验加载装置示意图；
[0072]
图8为dtx-a-0试件破坏情况；
[0073]
图9为dtx-a-5试件破坏情况。
[0074]
在图中：
[0075]
1-uhpc整体浇筑(en)试件；2-直径12mm的加固钢筋；3-直径10mm的构造钢筋；4-湿接缝；41-湿接缝中非键齿接头部分(平缝部分)；42-湿接缝中键齿接头部分(整体部分)；5-uhpc梯形键齿(tx)接缝试件；51-uhpc梯形键齿(tx)接缝试件先浇筑部分；52-uhpc梯形键齿(tx)接缝试件后浇筑部分；6-uhpc倒梯形键齿(dtx)接缝试件；61-uhpc倒梯形键齿(dtx)接缝试件先浇筑部分；62-uhpc倒梯形键齿(dtx)接缝试件后浇筑部分；7-uhpc矩形键齿(jx)接缝试件；71-uhpc矩形键齿(jx)接缝试件先浇筑部分；72-uhpc矩形键齿(jx)接缝试件后浇筑部分；8-uhpc平接缝(px)试件；81-uhpc平接缝(px)试件先浇筑部分；82-uhpc平接缝(px)试件后浇筑部分；9-万能试验机加载板；10-加载钢垫块；11-万能试验机底座；12-螺杆；13-螺帽；14-应变片；15-竖向位移传感器(lvdt)；16-横向位移传感器(lvdt)；17-滚轴支座；18-荷载传感器；19-液压千斤顶；20-带孔厚铁板；21-不带孔铁板。
具体实施方式
[0076]
以下将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为便于阅读，以下公式均从式(1)起重新编号。
[0077]
一种超高性能混凝土(uhpc)湿接缝直剪承载力确定方法，其确定方法的流程图如图1所示，主要包括以下步骤：
[0078]
步骤一：直剪试件采用国际通行的z形试件，试件的尺寸均为650mm
×
500mm
×
150mm，相应剪切面尺寸均为150mm
×
300mm，如图2所示。根据剪切面类型的不同，共分为整体浇筑试件(en)、梯形键齿试件(tx)、倒梯形键齿试件(dtx)、矩形键齿试件(jx)和平接缝试件(px)，见图2-图6。图3-图6中，b)再浇筑一半就是a)图，说明试件是分次浇筑。除整体试件和平接缝试件外，其他键齿剪切面连续浇筑部分面积ak均为150mm
×
100mm，键齿深度均为60mm。以侧向应力分别取0mpa、2mpa、5mpa和8mpa的倒梯形键齿试件以及侧向应力分别取0mpa和5mpa的平接缝试件为试验对象，获得湿接缝界面的摩擦系数。各uhpc剪切试件的编号见表1。试验浇筑方式分为整体浇筑和分次浇筑(即先浇筑一半试件，达到一定强度并进行界面处理后再浇筑另一半)两种。uhpc材料中钢纤维均采用16mm长的端勾形钢纤维，纤维直径为0.2mm。接缝界面状态是影响混凝土界面粘结性能的重要参数，本发明中uhpc试件湿接缝界面采用高压水射流进行凿毛处理，以钢纤维露出程度达到纤维原长的1/3-2/3作为
接缝界面凿毛效果的评判指标
[8]
。
[0079]
表1 uhpc试件参数情况
[0080][0081]
注：试件编号中px、dtx、tx、jx、en等表示剪切界面类型；a表示高压水射流凿毛的界面；0、2、5、8分别表示施加的侧向应力值。
[0082]
步骤二：按规范要求开展uhpc的材性试验，根据试验结果，uhpc的立方体抗压强度平均值为152.6mpa，棱柱体抗压强度平均值为119.9mpa，抗折强度平均值为38.4mpa。
[0083]
uhpc试件的直剪推出试验加载装置如图7所示。由图7可知，通过侧向力装置(包括4根螺杆和配套螺帽、3块厚铁板、一个滚轴支座)和液压千斤顶(量程1000kn)施加侧向应力，侧向应力在正式加载前已施加到设定值，预压力值通过500kn的压力传感器进行校核。竖向剪切荷载采用3000kn万能试验机进行加载。为了保证力传感器和位移计等固定牢靠，以及测试装置连接可靠，在试验之前均进行预加载测试，预加载值不超过试件预估承载力的1/5。正式加载采用5-10kn/min的加载速率进行加载。
[0084]
直剪强度包括初裂强度和峰值强度，各uhpc试件的(名义)直剪强度按式(1)进行计算。
[0085][0086]
式中：τ为uhpc试件的界面名义直剪强度(mpa)；f为试件荷载试验值(n)；a为uhpc试件剪切界面面积(mm2)。
[0087]
侧向应力作用下界面摩擦系数按式(2)计算。
[0088]
μ＝δτ/σn＝(τ
n-τ0)/σnꢀꢀ
(2)
[0089]
式中：μ为摩擦系数，δτ为侧向应力作用对接缝试件剪切强度的增强部分，σn为侧向应力，τn为侧向应力σn作用下接缝试件的直剪强度，τ0为无侧向应力作用下接缝试件的直剪强度。
[0090]
表2中示出了各类uhpc剪切试件的初裂荷载(f
cr
)、初裂滑移量(δ
cr
)、峰值荷载(f
p
)、峰值滑移量(δ
p
)、初裂强度(τ
cr
)、峰值强度(τ
p
)、摩擦系数(μ)等试验结果。
[0091]
表2 uhpc试件直剪试验结果
[0092][0093][0094]
注：5mpa侧向应力下的不同键齿形状(梯形、矩形、倒梯形)直剪峰值强度值相差无几；开裂面或者破坏界面均位于荷载作用线上不同键齿接缝的整体部分面积相同、接缝部分面积相同。由此可以推断，键齿形状对直剪强度的影响可忽略。因而，tx-a-5、jx-a-5试件界面摩擦系数计算所采用的τ0值取dtx-a-0试件的相应值。
[0095]
步骤三：据aashto(2003)
[7]
可知，基于莫尔应力圆最大拉应力准则
[4-7]
的普通混凝土键齿干接缝的直剪承载力计算公式可由式(3)获得：
[0096][0097]
式中：ak为键齿接头的剪切面面积；fc为混凝土的轴压强度；μ为接缝界面摩擦系数；a
sm
为接缝剪切面非键齿接头部分的面积。
[0098]
由式(3)可知，在未施加侧向应力的情况下，整体浇筑普通混凝土整体截面的直剪承载力公式为：
[0099][0100]
根据发明人团队前期的研究成果
[8]
，不含抗剪钢筋的uhpc整体截面的直剪承载力可按式(5)得到。
[0101][0102]
当键齿深度超过30mm后，键齿深度对承载力的影响减小
[9]
。本试验中键齿深度均为60mm，远大于30mm，且试验中uhpc阴阳键齿结合面未见脱粘，因此可不考虑键齿深度的影
响，将键齿接头部分视为整体部分加以考虑，键齿湿接缝试件中的键齿部分的直剪承载力可由式(6)计算。
[0103][0104]
式中：v
k,u
为键齿接头部分(整体部分)uhpc骨料粘结力和钢纤维增强作用所提供的直剪承载力。
[0105]
步骤四：根据发明人团队前期的研究成果
[8]
，直剪强度比η与纤维特征参数λf存在明显的正相关关系，并得到了拟合度r2＝0.996的直剪强度比η与纤维特征参数λf的计算式，见式(7)。
[0106]
η＝β1β2(32.08 11.21λ
f-8.42λ
f2
2.25λ
f3
)/100
ꢀꢀ
(7)
[0107]
式中:β1为纤维形状系数(平直形纤维β1＝1.0，端勾形纤维β1＝1.1)，β2为短纤维折减系数(lf/16，lf的单位为mm)。
[0108]
因此uhpc平接缝试件(或平接缝界面)的直剪承载力计算式可由式(8)进行计算，推导及验算过程见文献[8]。
[0109][0110]
步骤五：由键齿湿接缝试件的剪切破坏过程可知(见图8、图9)，键齿湿接缝试件中平接缝部分进入峰值强度阶段与键齿整体部分进入峰值强度阶段存在不同步效应，因此键齿湿接缝试件中的平接缝部分直剪承载力需要在式(8)的基础上考虑强度不同步降低系数φ的影响，即式(9)；
[0111][0112]
式中：v
sm,u
为非键齿接头部分(平缝部分)uhpc骨料粘结力和钢纤维增强作用所提供的直剪承载力，φ为平接缝部分进入峰值强度阶段与键齿整体部分不同步的降低系数。
[0113]
步骤六：由表2可知，倒梯形接缝、平接缝试件的峰值强度随侧向应力的增加而增大，即符合库伦准则。摩擦系数随着侧向应力的增加而减小，当侧向应力达到5mpa后，摩擦系数的减小幅度不再显著，这可能是在较大的侧向应力作用下破坏面(或者潜在破坏面)的粗糙程度相差不大，均变得较为光滑和随侧向压力加大破坏面(或者潜在破坏面)光滑程度增加有限所致。在5mpa侧向应力下，倒梯形键齿湿接缝试件的摩擦系数1.59要大于平接缝试件的摩擦系数1.46，但两者相差仅8.9％。为便于公式应用，键齿部分和非键齿部分的侧向应力摩擦系数μ可取相同值。考虑到侧向应力达到5mpa时，摩擦系数的取值已趋于稳定(见表2)，因此摩擦系数可近似取5mpa和8mpa侧向应力下所有接缝试件(px-a-5、tx-a-5、jx-a-5、dtx-a-5、dtx-a-8)摩擦系数的平均值1.60，这也与《活性粉末混凝土结构技术规程dbj43/t325-2017》
[10]
中整体浇筑uhpc的摩擦系数μ＝1.4较为接近。
[0114]
侧向预压力的增强作用的计算公式为：
[0115]vls
＝μσ
naꢀꢀ
(10)
[0116]
式中：μ为摩擦系数，σn为侧向应力，a为试件剪切界面全面积。
[0117]
步骤七：超高性能混凝土湿接缝直剪承载力计算中分别考虑湿接缝界面粘结性能、整体截面粘结性能以及侧向预压力的增强作用，计算公式为：
[0118]
v＝v
k,u
v
sm,u
v
ls
ꢀꢀ
(11)
[0119]
考虑到键齿部分进入峰值强度阶段时，非键齿部分已处于强度下降阶段，故uhpc键齿湿接缝试件的直剪承载力表达式见式(12)。
[0120][0121]
步骤八：对于平接缝试件，φ＝1；对于本文键齿受剪面的整体部分面积占受剪面积1/3的各键齿试件，使直剪承载力计算值(按式(12))与试验值相等，即可得到求解φ的矛盾方程组。此处，按式(12)计算过程中，uhpc界面摩擦系数μ取试件实测值(见表2)；接缝试件的直剪强度比η按式(7)取0.427。用最小二乘法求解上述矛盾方程组，可得φ等于0.607。考虑到侧向应力5mpa及其以上的界面摩擦系数接近平均值1.6，侧向应力小于5mpa的界面摩擦系数更大，为了方便，将式(12)改写为式(13)。
[0122][0123]
式中：对于平接缝试件，φ＝1；对于本文的键齿受剪面的整体部分面积占受剪面积1/3的键齿试件，φ＝0.607。
[0124]
步骤九：为安全起见，在设计中，uhpc试件侧向应力引起直剪承载力增加的摩擦系数μ宜取其标准值1.26(μ
标
＝μ
平均-1.645δ，式中δ为px-a-5、tx-a-5、jx-a-5、dtx-a-5、dtx-a-8五组10个试件摩擦系数的标准差0.204)。
[0125]
因此，uhpc湿接缝直剪承载力统一公式建议式为：
[0126][0127]
本发明所得公式的有效效果检验
[0128]
(1)基于发明人团队uhpc直剪承载力试验结果的检验：
[0129]
将试验结果和各参数值代入式(13)进行计算，可得到各试件的直剪承载力计算值，计算结果见表3。表3中，v
cal
为uhpc试件直剪承载力计算值，v
exp
为uhpc试件直剪承载力试验值。
[0130]
表3 uhpc试件直剪承载力计算结果
[0131]
[0132][0133]
注：表中试验值为各组试件的平均值。
[0134]
由表3可知，各uhpc试件的直剪承载力计算值与试验值吻合较好，v
cal
/v
exp
的平均值为1.002，变异系数为0.056。因此本发明提出的uhpc直剪承载力计算公式可为未配剪切钢筋情况下的uhpc整体界面、平湿接缝界面以及键齿湿接缝界面的直剪承载能力计算提供参考。
[0135]
(2)基于其他uhpc直剪承载力试验结果的检验：
[0136]
目前关于uhpc湿接缝直剪承载力的研究成果寥寥无几，暂未见考虑侧向预压力影响的uhpc湿接缝试件直剪性能的相关文献报道。已有研究中，文献[11]开展了uhpc矩形键齿(正方形)湿接缝试件、平湿接缝试件、整体浇筑试件的直剪推出试验，并且湿接缝界面采用了高压水射流进行凿毛处理，可用于本发明公式的验证；文献[12]虽开展了uhpc湿接缝的直剪承载力研究，但其试验中uhpc湿接缝未采用高压水射流凿毛处理，界面处粘结能力十分有限(被忽略不计)，因此不适用于本发明公式。
[0137]
文献[11,12]开展了部分uhpc整体浇筑试件的直剪承载力试验。鉴于现有数据十分有限，而本发明公式同样可用于计算uhpc整体截面的直剪承载力，因此辅以现有文献中uhpc整体截面的试验数据对本发明公式(式(14))进行验证。计算与试验结果见表4。
[0138]
表4其它uhpc剪切数据的公式验证
[0139][0140]
注：由于文献[11]中湿接缝界面凿毛等试验情况未详细介绍，uhpc湿接缝界面凿毛情况按理想情况考虑，平接缝部分进入峰值强度阶段与键齿整体部分不同步的降低系数φ按本发明优选值0.607取值。
[0141]
由表4可知，各uhpc试件的直剪承载力计算值与试验值吻合较好，v
cal
/v
exp
的平均值为1.193，变异系数为0.193，进一步验证了本发明公式的适用性。
[0142]
综上所述，本发明公开的超高性能混凝土湿接缝直剪承载力确定方法中考虑钢纤维对直剪承载力的增强作用，并将直剪承载力计算式中的湿接缝界面粘结性能、整体截面粘结性能以及侧向预压力的增强作用分别加以考虑。其计算公式为式中：α为钢纤维对直剪承载增强作用的拟合系数；ak为键齿接缝受剪面整体部分的面积，fc为uhpc轴压强度平均值，λf为钢纤维特征参数，φ为平接缝部分进入峰值强度阶段与键齿整体部分不同步的降低系数，η为直剪强度比(即平湿接缝试件相对于整体试件直剪峰值强度的比值)，a
sm
为键齿接缝受剪面的平接缝部分面积(被高压水凿毛)，μ为摩擦系数，σn为侧向应力，a为试件剪切界面全面积。
[0143]
上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本实施例的各种等价形式的修改均落入本发明所附权利要求所限定的范围。