修复方案效果比较：G4主梁开裂位置修复方案的优势

本节提出3个修复方案，采用有限元模型研究在HS-20荷载产生的面内和面外荷载作用下，各方案对G4裂纹附近的横联内力和腹板应力的影响，结果如表15.2所示。

表15.2　G4主梁开裂位置修复方案效果比较

1.梁受拉翼缘设置加劲肋

修改整体和局部模型，在 G4 裂纹附近顶板设置加劲肋。施加面内设计剪力和弯矩，分析发现设置加劲肋后腹板间隙应力没有改善。面外弯曲效应分析表明，修复方案中增加连接刚度导致上平联产生更大内力，但腹板间隙区局部应力降低很多。由于HS-20荷载作用，横联构件最大横向力由 22.7 kN增至 39.6 kN，而腹板间隙区最大主拉应力从 257 MPa 下降到51.7 MPa，如表15.2所示。

2.改变腹板间隙区高度

选择间隙高度分别为152 mm和305 mm的两种腹板进行研究，横联连接板和受拉翼板没有连接，AASHTO设计规范[3]建议此类腹板间隙高度至少为 152 mm，但不超过翼板宽度一半。由于腹板间隙增大，修复方案整体模型中应减小横联构件上弦杆和斜杆。(www.xing528.com)

连接刚度下降导致活载下横联内力明显下降。对于 HS-20 荷载，当高度为 152 mm和305 mm时，G4开裂位置处上平横联最大横向力分别由22.7 kN下降至1.5 kN和0.9 kN。高度减小 152 mm和305 mm时，腹板间隙区最大主拉应力分别下降2～3.4 MPa和11 MPa（表15.2）。

在1 361 kN面内剪力和 15 288 kN·m面内弯矩作用下，分析G4开裂部位的腹板应力，高度减小 152 mm和305 mm时，腹板间隙区的最大主拉应力为 159 MPa（表15.2），与修复前基本相同。

3.止裂孔

对裂纹起始点附近的止裂孔效果进行分析，在有限元模型中设定开裂路径为面内荷载产生的主拉应力垂直方向，与实际开裂路径相符。在裂纹起始点附近沿开裂路径方向设置一直径为 51 mm的止裂孔。在面内设计荷载作用下，G4 开裂位置最大主拉应力从156 MPa增至243 MPa。G4开裂位置在最大面外横联横向荷载作用下，腹部间隙区最大主拉应力从338 MPa下降到255 MPa，孔周边上的最大应力为165 MPa。

在横联处将加劲肋与主梁顶板栓接，由横联构件横向力引起的腹板间隙扭转变形基本消除，面外最大弯曲应力减少了 80%，如表 15.2。在横联位置，上翼缘横向加劲肋长度减小152 mm 和 305 mm，横联构件净横向力明显降低，同时腹板扭曲应力降低90%。梁在竖向腹板面内荷载作用下，上述修复措施对腹板间隙区最大主拉应力影响不大。在面内荷载和横联的横向力作用下，在裂纹起始点附近沿开裂路径方向设置止裂孔会增加腹板的柔性，产生高应力。

上述修复措施都不能避免腹板开裂。断裂力学分析表明：G4 和 G7 腹板开裂可能与超载或制造误差和安装横联构件产生的初始应力有关。由于在其他相似位置没有发现裂纹，所以没有对这些位置进行修复，但每年要对桥进行检查并特别关注容易疲劳开裂的腹板间隙区。2003年以后的桥梁检测中，没有发现腹板开裂。