吊索、拉索及主缆等是索承桥梁结构体系中的重要受力构件。近年来的一些桥梁破坏或病害案例表明,桥梁吊索,特别是位于锚固端附近的索段,往往在服役一段时间后会出现过早的病害。调查分析显示,锈蚀-磨损耦合疲劳可能是导致钢丝性能退化、断裂以及吊索过早失效的主要原因之一。由于钢丝病害的隐蔽性和断裂的“多米诺效应”,吊索病害往往会引发桥梁坍塌等灾难性的事故。此外,过多的维护和更换吊索不仅导致巨额的维护运营成本、交通阻塞或中断,而且容易对整体结构性能产生不利的影响。因此,有必要揭示多因素耦合作用下在役吊索的失效机理,准确再现其病害演化过程,并科学准确地预测吊索寿命。针对桥梁吊索的腐蚀-磨损耦合疲劳机理及其寿命评估等问题,本文开展了理论分析、病害检测、现场测试、实验室试验和数值模拟研究,具体工作包括:(1)推导了空间螺旋钢丝的数学表达式并建立了多股束钢丝绳的几何模型;建立了钢丝绳轴向受力的理论模型;给出了钢丝绳吊索的精细化有限元建模方法和步骤;基于有限元模拟,分析了荷载作用钢丝束的受力特征及丝间接触状况。(2)对悬索桥吊索的开裂病害进行了现场检查,统计分析了吊索此类病害的形式、裂纹长度及分布情况等,并根据旧索的表观检测和拆索分析,研究了吊索病害的机理;对在役吊索进行了测试,研究了吊索的受力和运动特性、索-梁相对运动导致的局部弯曲变形和钢丝附加弯曲应力;基于两座桥梁的吊索病害和测试数据,证实了中央扣对索-梁相对运动的抑制作用以及对吊索病害的缓解效果。(3)设计了一种磨损疲劳试验装置并开展了钢丝微动疲劳试验研究,实现了磨损和疲劳效应的同步施加,并验证了装置的适用性;根据钢丝微动疲劳磨痕和断口形貌,研究了钢丝的微动疲劳作用机理;根据不同疲劳荷载幅、微动振幅和侧向力下摩擦系数、切向力、微动接触区域、疲劳寿命的变化情况,研究了不同微动疲劳参数对钢丝微动疲劳特性的影响规律;利用精细化的有限元模型对试验进行了数值模拟,分析了接触区域各应力分布情况以及不同微动参数对钢丝间切向力的影响。(4)开发了腐蚀-磨损耦合疲劳试验系统及相应的试验方法;开展了不同位移幅值、摩擦角以及外加电流强度下的钢丝腐蚀-磨损耦合疲劳试验,研究了不同磨损疲劳参数和腐蚀参数对钢丝腐蚀-磨损耦合疲劳性能的影响;通过腐蚀-磨损耦合疲劳及对比试验结果,分析了多个因素共同作用的耦合效应。(5)基于疲劳主导、腐蚀和磨损共同作用的假定,提出了钢丝性能时变退化模型;基于失效面积和极限承载能力等钢丝、吊索失效指标,开发了吊索性能时变可靠度计算方法;建立了腐蚀-磨损耦合疲劳作用下的吊索时变性能分析及寿命评估方法并进行了案例分析。