随着钢箱梁桥的推广使用以及服役时间的增加,横隔板弧形切口的疲劳开裂问题出现频繁,得到了桥梁工程领域的关注。该部位受力情况复杂,影响其疲劳开裂的因素较多,受车辆轮载作用的同时,极有可能存在较大的焊接残余应力,这给疲劳开裂研究带来诸多困难。为科学地认识其疲劳开裂机理,本文以钢桥面横隔板为研究对象,建立了车辆荷载作用下的钢箱梁桥有限元模型,分析了72种工况组合作用下的弧形切口应力响应特征。建立了U肋与横隔板焊接连接的热弹塑性有限元模型,明确了其焊接温度场和应力场。开展了横隔板应力测试试验研究,分析了弧形切口边缘残余应力分布规律。并在此基础上,建立了横隔板焊接残余应力与轮载应力叠加简化模型,提出了基于应变能的钢桥面横隔板疲劳评估方法。研究内容和结论具体如下:(1)介绍了正交异性钢桥面的应用概况及疲劳开裂的破坏形式,特别是横隔板弧形切口开裂现象尤为突出,影响桥梁的安全运营。从钢桥面疲劳、弧形切口疲劳、焊接残余应力三个方面对国内外研究现状进行了总结归纳。引出当前横隔板弧形切口受力情况不清晰、疲劳开裂机理不明确的问题。(2)为明确横隔板车辆轮载应力受力情况,通过ABAQUS软件建立了移动车辆荷载作用下的钢桥面有限元模型,用标准疲劳Ⅲ车型进行加载,加载工况组合共72种。并重点对弧形切口部位进行受力分析。根据计算所得的应力幅,用传统S-N疲劳性能评估方法对横隔板疲劳寿命进行了预测,疲劳寿命仅为0.1年,与工程实际开裂寿命8-9年存在极大差距。(3)为得到横隔板残余应力场分布,明确横隔板疲劳开裂机理,通过ANSYS软件建立横隔板-U肋焊接连接的有限元模型,对焊接及冷却过程中的温度变化及应力变化进行了动态监测,得到该构件的焊接温度场及应力场,并进一步分析了横隔板与U肋焊接的残余应力分布规律。利用X射线衍射法开展了残余应力测试试验,并将检测结果与模拟计算数据进行了对比。结果表明,横隔板弧形切口附近存在较大的残余拉应力,峰值接近230MPa,高水平焊接残余应力是造成横隔板弧形切口疲劳开裂的关键因素。(4)针对传统以应力幅为参量的S-N曲线疲劳评估法无法量化残余应力对疲劳损伤贡献的问题,本文通过建立焊接残余应力与轮载应力耦合叠加模型,得到弧形切口边缘综合叠加应力的分布情况,并利用应变能法对横隔板进行了疲劳累积损伤计算及寿命预测。结果表明,在考虑焊接残余应力的情况下,横隔板疲劳寿命约为8年,与工程实际情况相符。