随着我国经济发展,陆路交通运输量快速增长,作为公路重要组成部分,中小跨径简支桥梁在我国公路运输网中数目众多、分布广泛,直接影响我国公路运输能力及经济发展。简支桥梁在长期使用过程中,伸缩缝构件是桥梁病害较为集中区域,橡胶老化、钢件腐蚀变形,直接影响桥梁主体结构安全性、耐久性及通车舒适性。针对桥面伸缩缝装置的需求,研究学者提出一种基于高韧性纤维水泥基材料(ECC)的无缝化桥面连接板形式。ECC(Engineering Cementitious composites)是一种基于微观力学设计,具有多裂缝开展特征,宏观表现变形韧性,且满足一定变形能力和强度的纤维高掺量水泥基材料,具有良好的变形韧性和耐久性。较大的变形能力及较低变形刚度使ECC材料成为理想的桥面连接板材料,能够保证连接板足够的变形能力、耐久性和抗渗性,对主体桥梁结构变形影响较小。本文通过配比调整,建立了满足桥面连接板工作性能要求的ECC材料配比方案,研究了ECC基本力学性能,并通过试验最优配比对ECC材料约束收缩、温差耦合约束收缩、与混凝土界面力学性能及FRP增强小梁弯曲性能进行试验研究,明确ECC材料基本属性。进行桥面连接板结构模型试验,分析了该新型桥面连接构件应用于简支桥梁结构的工作性能。研究中,重点分析了筋材应变、FRP应变、ECC应变、整体变形能力及连接板变形形态研究。最后通过连接板设计方法,验算连接板变形能力,并分析不同筋材及配筋率对连接板工作性能影响。主要包括以下几个方面:(1)试验研究ECC配比,建立满足工程材性需求、符合珠三角地区原材料供应的ECC材料配比方案。在此基础上,对ECC个组分进行参数分析,研究包括胶料、砂胶比、减水剂等,明确各组分对ECC拌合物流动性、强度、拉伸极限应变、薄板弯曲性能影响。(2)针对最优配比ECC拉伸应力-应变曲线和薄板弯曲荷载-位移曲线,提出包括初裂阶段和后强化阶段的五分式分析方法。在此基础上,设计试验装置并进行材料收缩性能研究,主要包括钢环约束收缩、温差耦合约束收缩,明确ECC自收缩特征,研究温度及湿度变化对收缩影响。针对ECC材料使用性质,同时进行与旧有混凝土界面粘结强度、剪切强度的试验,研究ECC与混凝土界面工作性能,并进行不同界面处理方法对比。进行FRP增强小梁试验,研究不同FRP材料和保护层厚度对ECC梁弯曲性能的影响,为连接板设计提供参考。(3)根据简支桥梁无缝化变形缝设计原理,提出采用FRP增强ECC板作为伸缩缝构件用于整体桥面板结构桥面板部分替换方案。该新型连接板构件能够降低连接板变形刚度,降低其对桥梁整体变形影响。为研究该新型连接构件工作性能,本次研究进行三组连接板足尺模型结构试验,包括ECC连接板、FRP格栅增强连接板和FRP筋材增强连接板,通过试验单调反复加载试验,反应在动荷载作用下连接板弯曲变形特征,试验提取连接板底部应变、侧面应变、增强FRP应变及锚固钢筋应变,同时进行桥面板筋材应变采集验证,根据连接板受力特征研究在加载过程中连接板应力分布情况及增强材料影响。试验同时采集连接板变形形态,研究连接板随不同增强材料弯曲变形特征。(4)整理连接板设计方法,利用韧性连接板设计方法对试验模型截面受力及变形能力进行验证。研究不同配筋率及不同筋材连接板截面力学特征,对比普通钢筋桥面连接板,验证FRP筋材增强桥面连接板具有更为合理的变形能力及更低的配筋率,降低成本。