随着服役年限的增长,在车辆荷载和不利环境耦合作用下,桥梁腐蚀、老化、损伤问题将会逐渐浮出水面,已成为制约桥梁服役水平的关键问题之一。以吊索作为主要受力构件的桥梁,因吊索长期处于高应力状态下工作,极易导致疲劳断裂的发生。近年来国内外多座桥梁在服役期间发生了因吊索疲劳断裂造成的事故,带来了非常大的经济损失。因此,研究疲劳荷载下钢丝裂纹的扩展行为,为准确评估吊索剩余寿命具有重要的工程意义。本文以组成吊索常用的高强镀锌钢丝为研究对象,开展了疲劳裂纹扩展试验研究,并采用Abaqus软件进行了有限元模拟分析。主要工作如下:(1)利用有限元软件Abaqus分析计算了疲劳裂纹扩展的应力强度因子,分析了不同裂纹形状下径向点与表面点的应力强度因子修正系数的变化规律,并拟合出了应力强度因子修正系数的表达式,最后将径向点的修正系数表达式与试验结果进行对比分析,精度较好。(2)开展了 12根高强镀锌钢丝的疲劳裂纹扩展试验,获得了不同应力幅、不同应力比下的疲劳裂纹扩展速率及寿命曲线。通过分析da/dN-△K曲线,发现双对数曲线的线性度比较好,且随着应力幅的增大曲线变陡;分析了相同应力比下的参数,得到了参数的变化规律。(3)针对扩展有限元法在模拟疲劳裂纹扩展方面的优点,基于有限元软件Abaqus并结合疲劳裂纹扩展试验的具体加载过程,建立了钢丝疲劳裂纹扩展有限元模型,得到了裂纹扩展深度随荷载步变化的应力云图,发现裂尖应力最大,远离裂尖应力逐渐减小。将计算结果与试验结果进行比较,结果吻合较好,表明建立的扩展有限元模型具有可靠性。(4)疲劳裂纹扩展具有随机特性,利用最大相对熵通过连续的更新可预测疲劳裂纹扩展的随机过程,降低系统可靠性和裂纹尺寸预测有关的不确定性,对疲劳裂纹扩展可作出比较准确的预测,这对于充分发挥结构潜力意义重大。