近年来,随着我国国民经济的高速发展,钢铁产量不断提高,冶金企业中起重机的工作也日趋繁重。与此同时,这些起重机不断出现各种各样的故障,这些故障中,最常见也是最严重的是以裂纹为特征的起重机金属结构故障。本文对马钢第二钢轧总厂两台同型号70/20t—16.5m桥式起重机桥架的裂纹故障展开研究。为了探讨桥架裂纹故障的根本原因,建立了起重机桥架金属结构的有限元模型,分不同情况和工况对桥架进行了有限元分析,找出了桥架裂纹故障的原因,并在此基础上进一步量化研究了桥架裂纹的疲劳扩展行为,为该类起重机的修复及改进设计提供理论依据。本文主要完成了以下工作：1)对桥架金属结构裂纹故障的原因进行了分析和研究,利用有限元软件ABAQUS分不同情况和工况对桥架静强度进行计算,通过分析对比,发现车轮支承点高低差超标是造成桥架裂纹故障的主要原因。2)研究了扩展有限元方法的基本原理和应力强度因子的两种有限元计算方法,通过扩展有限元计算方法与常规有限元计算方法的比较,说明了扩展有限元法这种新技术在计算应力强度因子方面的实用和高效性,为桥架疲劳裂纹扩展的量化研究提供了技术支撑。3)根据断裂力学理论,考虑桥架结构的初始缺陷,对循环应力作用下桥架裂纹的疲劳扩展行为进行了研究。利用扩展有限元方法计算了两种应力状态下不同裂纹长度时裂纹尖端的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型应力强度因子,并根据Ⅰ-Ⅱ复合型疲劳裂纹扩展理论得到疲劳裂纹扩展曲线,较准确的描述了研究对象疲劳裂纹扩展的基本规律,建立了裂纹长度与交变应力循环周期数的函数关系,量化分析了研究对象疲劳裂纹的扩展特征。4)根据裂纹止裂修复的理论及方法,提出桥架裂纹故障的修复措施,并计算了修复后危险裂纹出现部位的应力水平,通过对比表明修复后危险部位的强度满足使用要求。