正交异性钢桥面板的疲劳开裂问题是长期困扰和制约其应用与发展的关键技术瓶颈,材料特性、构造特征以及制造工艺和随机交通荷载等诸多内在与外在不确定性因素的耦合影响导致钢桥面板构造细节和结构体系的疲劳评估问题具有高度的复杂性。既有的确定性方法难以准确考虑上述关键因素随机特性的影响,可能得到偏于不安全的疲劳性能评估结果。针对既有确定性评估方法的不足,围绕疲劳荷载、裂纹扩展以及疲劳可靠度模型等相关关键问题开展系统研究,分别引入随机过程理论和弹塑性断裂力学理论探究示常幅与随机荷载作用下的疲劳裂纹扩展特性,将概率统计理论和可靠度理论统一于以断裂力学为基础的疲劳评估框架,提出了基于概率断裂力学的疲劳可靠度评估方法,并应用于钢桥面板典型构造细节及其潜在失效模式疲劳性能和构件参数疲劳效应评价。主要研究工作及结论如下:(1)钢桥面板疲劳评估荷载谱与应力谱。基于典型桥梁结构长期随机交通监测数据,利用概率统计理论量化交通荷载关键参数的分布特征,在此基础上编制了多车道混合车型随机交通荷载模拟程序建立疲劳评估荷载谱,结合钢箱梁三维梁段有限元仿真分析所构建的应力影响面,确定了构造细节典型疲劳失效模式的应力谱及其统计特性。(2)构造细节疲劳裂纹随机扩展特性及其预测模型。针对材料微观结构不均匀性所导致的疲劳裂纹扩展的不确定性问题,引入随机过程理论描述裂纹扩展速率随扩展过程的不规则波动,基于标准试样裂纹扩展实测数据确定裂纹扩展参数的统计特征,建立了适用于常幅疲劳评估的裂纹随机扩展理论模型,并对其合理性进行验证。研究表明,该模型与疲劳试验结果相吻合,且可较准确地描述钢桥面板构造细节的疲劳裂纹扩展行为。(3)基于概率断裂力学的常幅疲劳可靠度评估方法。以裂纹随机扩展理论模型为基础,编写裂纹扩展与模型更新程序对复合型裂纹的扩展过程进行动态模拟,建立构造细节疲劳失效极限状态方程并提出了基于概率断裂力学的疲劳可靠度评估模型,对典型失效模式下构造细节的疲劳可靠度及其时变规律进行评估,进一步揭示了材料微观结构不均匀性的疲劳影响效应。(4)变幅疲劳裂纹扩展效应及其理论模型。研究荷载相互作用导致的裂纹扩展效应,基于增量裂纹扩展动力学和弹塑性断裂力学理论,探究微小时间尺度范围内裂纹尖端扩展规律和塑性区相互作用机制,建立了适用于随机荷载条件的疲劳裂纹扩展理论模型。研究表明,该模型能够合理描述钢桥面板构造细节的变幅疲劳裂纹扩展特性。(5)随机荷载作用下钢桥面板典型构造细节的疲劳可靠度及其时变规律。根据疲劳失效准则构建疲劳极限状态方程,结合概率统计理论合理表征随机参数的分布特征,提出了基于概率断裂力学的钢桥面板构造细节变幅疲劳可靠度评估方法,并定量分析服役期内典型构造细节的时变可靠度以及荷载相互作用效应的影响。研究表明,疲劳评估结果与既有研究结论以及服役结构的疲劳损伤状况较为一致。(6)基于可靠度的钢桥面板构件参数疲劳效应影响规律及评估。针对疲劳问题的本质不确定性,引入概率断裂力学理论考虑关键因素随机性对疲劳评估的影响,提出了基于可靠度的构件参数疲劳效应评估方法。以疲劳可靠度及其时变规律作为评价指标,从疲劳失效模式、构造细节、结构体系三个层面系统评估主要构件厚度及其匹配组合的疲劳效应。