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随着正交异性钢桥面板在大中跨桥梁中的广泛使用,其疲劳问题越来越得到人们的重视,其中萌生于肋-面板焊缝处的疲劳裂纹是最不易观测且最危险的疲劳裂纹。对于主要承受以压应力为主的拉-压循环载荷作用下的肋-面板焊缝,各国规范中对如何考虑应力幅存在一定差异,且缺乏桥梁用钢相关负应力比的疲劳试验数据。针对这一现状,本文分别基于断裂力学方法和S-N曲线的名义应力法开展了对肋-面板焊缝疲劳问题的研究,主要的研究内容和成果如下:(1)肋-面板焊缝疲劳应力分析模型的评估。以天津塘沽海河大桥为工程背景,分别建立了两组吊杆间的钢箱梁节段模型,简化分析模型和基于钢箱梁节段的子模型,应力计算结果表明3跨子模型可以兼顾钢箱梁节段模型的计算精度和简化模型的计算效率,且具有一定普适性。(2)肋-面板焊缝复合型裂纹三维扩展分析。基于Schwartz-Neuman交替法建立了肋-面板焊缝的局部三维断裂力学分析模型,实现了肋-面板焊缝焊趾和焊跟处的三维裂纹动态扩展分析,并和文献中观测到的试验现象吻合较好。分析结果表明:本文建立的肋-面板焊缝局部三维断裂力学分析模型是相对可靠的;肋-面板焊缝是典型的I-II-III混合型裂纹,裂纹在扩展过程中不再保持平面;萌生于焊趾并向顶板方向扩展的疲劳裂纹是肋-面板焊缝的主要疲劳失效形式。(3)负应力比循环载荷下的Q345qD钢母材及焊缝的疲劳裂纹扩展速率试验。对Q345qD桥梁用钢母材完成了应力比R=0,R=-0.5,R=-1三种应力比试验和焊缝区R=0,R=-0.5,R=-1,R=-1.5共4种应力比下的疲劳裂纹扩展试验。基于不同的裂纹扩展速率模型对本文试验数据进行拟合,结果表明:拉-压循环载荷中的压应力对裂纹扩展有很大的驱动作用,基于Paris公式的单一裂纹扩展驱动力模型不再适用于负应力比的疲劳裂纹扩展分析。本文的研究为桥梁的安全设计以及建立更为准确的描述压应力影响的裂纹扩展率模型提供了一定研究基础。(4)肋-面板焊缝疲劳寿命预测。基于天津海河大桥实测交通数据,确定了5种典型疲劳车。分别采用钢桥规范中推荐的疲劳荷载单车模型和实际交通轴重计算了肋-面板焊缝的等效应力幅。计算结果表明规范中采用的疲劳性能评价方法得到的等效应力幅要低该细节的疲劳强度等级,而根据实际交通轴重计算得到的等效应力幅大于该细节的疲劳强度等级,说明采用规范中的疲劳评价方法对海河大桥进行疲劳寿命预测时偏于不安全的。