基础设施覆盖范围日益扩大以及铁路运输多次提速对焊接钢桥的疲劳设计和寿命评估提出了新的挑战,焊接钢桥自重轻、安装快的特点能有效解决我国北方地区冬季施工的难题,但钢结构低温脆断问题需要加以关注。一般情况下结构钢在低温环境中强度提高,塑性及韧性会显著下降,现有规范通过控制其低温冲击韧性来进行低温防断设计,对于承受往复交通荷载的焊接钢桥在低温环境中的疲劳性能没有加以考虑,增加了疲劳设计和寿命评估环节的不确定性。现有钢结构低温疲劳断裂研究仅为少数针对特定工程的验证性试验,试件数量不能满足疲劳试验基本要求,试验结果具有很大离散性,难以对其他工程应用提供参考价值。本文选取焊接钢桥中应用最广泛的桥梁钢Q345qD及其对接焊缝为研究对象,使用55根单调拉伸试件、63个冲击试件和228根疲劳试件进行了常温及低温环境的静力拉伸试验、冲击试验、疲劳试验及其他相关试验,系统研究其基本力学性能和疲劳性能随环境温度降低的变化规律,填补了钢桥领域低温疲劳研究的空白,为既有钢桥寿命评估和待建钢桥疲劳设计提供参考依据,主要工作及成果如下:(1)对母材、焊缝及焊接接头进行了低温静力拉伸试验,得到20、0、-20、-40、-60℃环境温度中三类试件的强度、塑性及韧性,研究了强度指标、塑性指标随温度变化规律,提出以环境温度为自变量的屈服应力、极限应力及屈强比表达式。(2)对母材、对接焊缝及热影响区三类试件进行了常温及低温摆锤冲击试验,得到20、0、-20、-40、-60℃环境温度中Q345qD焊接接头三个部位的冲击韧性,研究了冲击韧性随环境温度的变化规律,得到以环境温度为自变量的表达式,标定了三个部位的韧脆转变温度。(3)对母材及对接焊缝进行了常温及低温轴向高周疲劳试验,得到20、0、-20、-40、-60℃环境温度中母材及焊缝试件疲劳寿命数据和S-N曲线,引入置信度γ和单侧容限因子(7)p,,v(8)k?,得到在置信度γ=90%下的P-S-N安全疲劳设计曲线簇。(4)采用升降法,在指定疲劳寿命Nf=500万次条件下,使用材料疲劳极限附近的18个Q345qD母材试件和13个对接焊缝试件,测定了母材及对接焊缝的常温疲劳极限。通过对各温度点中母材及焊缝疲劳数据分析,研究了疲劳寿命、疲劳极限及S-N曲线随环境温度的变化规律,得到了以环境温度为自变量的拟合函数。(5)对常温及-60℃低温典型疲劳试件进行了断口电镜扫描试验,研究疲劳断口的微观形貌特征。