为了快速修复交通并尽可能的承受更多的荷载,正交异性钢桥体系孕育而生。多年来,有着强度与重量比、运输和装配方便、施工时间短等众多优点轻型甲板—正交异性桥面板在桥梁工程中大量被应用。特别是在一些大跨度桥梁如悬索桥、斜拉桥中。自1950年以来正交异性钢桥面板这种类型的结构经历长期的发展和改进,而近几十年来,我国的经济日益壮大,交通强度和车辆荷载都有了很大的提高。在繁重的交通压力下现代钢桥在使用寿命内疲劳问题也越发严重,日本钢结构委员会检测到的疲劳裂纹数量占总裂纹量的56.3%。而疲劳开裂问题严重影响到钢桥的耐久性和使用寿命,同时由于正交异性桥面板结构交错复杂,裂缝修缮难度高,费用大的问题日益严重。而近些年的研究指出,焊接接头的详细设计和焊接的执行并不总是以最优的方式进行,这些复杂而具有缺陷的焊接工艺造成了局部有应力集中和初始缺陷,从而直接导致了现代钢桥在使用寿命中出现的疲劳裂纹往往都集中在热作用区域。因此,本文从热处理工艺出发点,利用数值模拟和试验相结合的方法研究U肋与横隔板交接处的残余应力分布特点。本文主要工作包括:(1)以发展趋势入手,介绍了正交异性桥面板发展及应用的重要性。同时介绍正交异性桥面板轮载应力造成疲劳的现象,说明了桥梁生产技术中的残余应力是影响疲劳的重要因素。阐述了正交异性桥面板的结构形式及结构在连续加工作业过程中的残余应力研究现状,同时分别概括了切割、焊接残余应力的现有研究情况。总结了国内外针对正交异性桥面板残余应力研究的现状和不足之处,进而提出了本文的研究内容。(2)系统介绍了瞬态温度场求解中传导热的基本方程。通过控制微分方程,从三个边界条件入手,利用理论解析解的方式论述了有限元方法求解温度场的具体过程。介绍了 ABAQUS大型有限元软件在基于热弹塑性理论求解焊接数值模拟中的应用,介绍了ABAQUS中热结构耦合非线性分析过程。(3)提出了切割热源的分布模型,采用经典焊接热源模型,分别对横隔板切割过程及横隔板-U肋焊接过程进行模拟。研究了在移动热源作用下,切割和焊接过程中的温度场分布特点。通过有限元计算得出了弧形切口处切割自由边的残余应力分布特点,以及焊缝处的残余应力分布规律。(4)利用ABAQUS有限元分析软件建立足尺带横隔板纵肋正交异性板截断三维有限元模型,应用HyperMesh专业有限元网格划分软件进行几何模型模的网格划分与优化。通过精确有限元计算,得出结构在连续加工作业后的残余应力分布形式及数值分布特点。从正交异性桥面板加工工艺的方面入手,通过数值模拟分析了在不同割焊速度的条件下正交异性钢桥面板弧形切口处残余应力变化情况,为钢桥中合理的作业工艺以和疲劳设计及计算提供参考。(5)以Q345qD为材料,设计了带顶板横隔板-U肋足尺截断模型。采用坡口熔透焊技术对试件的U肋-顶板进行焊接,通过双面埋弧焊将带横肋横隔板焊接与其上。对试件焊缝、横隔板弧形切口处表面进行了测试,探究了横隔板在纵、横向的残余应力分布规律。通过实验与数值模拟值对比的方法,验证了数值模拟的可行性。本论文分析方法为正交异性桥面板弧形切口处疲劳开裂机理研究提供了新的思路,为采用基于残余应力分布特点的正交异性桥面板设计及疲劳研究提供了理论依据。