钢箱梁桥及正交异性钢桥面板(OSD)具有质量轻、强度高、适用性广等系列优势,被广泛应用在大跨度桥梁建设中。然而几何缺陷、焊缝众多、焊接残余应力、轮载作用等内外因的耦合作用下,导致OSD结构疲劳问题突出,特别是钢箱梁纵横肋处疲劳开裂最为严重,对于此处的疲劳性能评估,疲劳裂纹加固还待进一步研究。本文结合一现有钢箱梁桥,以纵横肋交接处两道裂纹作为研究对象,采用精细化数值模拟建模分析。本文进行主要工作如下:(1)回顾并总结了疲劳研究问题的发展,焊接残余应力模拟,以及疲劳裂纹加固的研究现状。(2)采用多尺度建模分析方法,得到了纵横肋处受力特性。分别采用名义应力法、热点应力法以及有效缺口应力法,对纵横肋交接处进行疲劳性能评估,对比分析了不同疲劳评估方法的特性。(3)利用热-弹塑性有限元模拟焊接过程,顺序耦合法得到焊接动态过程的温度场和残余应力场。结果表明焊缝上会存在很大的残余应力,纵向焊接残余应力甚至超过了材料屈服强度,弧形切口处峰值焊接残余应力达207MPa。简化模拟焊接残余应力在荷载往复作用下的耗散机制,得到了焊接残余应力在循环荷载作用下的变化特性,焊接残余应力松弛主要发生在第一个循环过程,且只有当焊接残余应力和外荷载叠加进入屈服状态,焊接残余应力才会发生重分布。(4)以横隔板弧形切口作为研究对象,结合该处的车载受力特性,引入焊接残余应力,得到了基于母材S-N曲线评估疲劳性能的方法,计算结果表明,该疲劳评估方法能够很好评估弧形切口处疲劳性能,为疲劳评估提供了一种新思路。(5)阐述了扩展有限元基本概念,从扩展有限元出发,引入初始三维裂纹,计算关注位置的应力强度因子,确定裂纹的扩展模式。由此分析等效应力强度因子,为疲劳裂纹是否扩展提供依据。得到了不同裂纹长度下的应力强度因子幅值,从而计算疲劳扩展寿命。(6)结合前面的研究结果,对纵横肋处疲劳裂纹提出了粘贴角钢和STC铺装加固两种加固方案,分别从受力情况,以及结合断裂力学进行评估,计算加固后的应力和等效应力强度因子幅值,判断裂纹的扩展状态,评价加固方案,计算表明粘贴角钢能够很好的改善U肋焊趾处的受力状态,最后推荐对此处疲劳裂纹采取粘贴角钢+STC铺装加固的方案。