目前,钢桥的疲劳问题普遍采用基于S-N曲线的评估方法。该类方法中名义应力法、热点应力法、切口应力法存在各自的局限性。疲劳试验往往耗费大量时间和昂贵成本。因此,发展适用的疲劳性能评估方法对正交异性钢桥面板焊缝细节部位在整个服役期内的疲劳累积损伤和裂纹扩展进行研究具有重要意义。本文以泰州大桥悬索桥钢箱梁作为研究背景,围绕钢箱梁正交异性钢桥面板典型焊缝疲劳性能这一主题,基于线弹性断裂力学理论,对正交异性钢桥面板典型焊缝细节的疲劳裂纹扩展问题开展了研究。主要研究内容和成果如下:⑴面板-U肋连接焊缝疲劳试验研究。设计了包含两个U肋的足尺模型,开展了静载试验和疲劳试验研究。建立了实体有限元模型,采用IIW 3点外推法计算了面板焊趾热点应力,采用DNV 2点外推法计算了U肋焊趾热点应力,采用名义应力法计算了焊根处应力。静载试验结果表明焊趾测点实测热点应力值与有限元计算的热点应力值误差控制在10%以内;焊根处实测名义应力与有限元计算值的误差控制在8%以内。疲劳试验加载至72万次时,焊缝Z3端部的疲劳裂纹起裂于焊根处并沿着面板方向扩展,深度达到2mm。焊缝Z3疲劳裂纹扩展行为是典型的从焊根处起裂的疲劳裂纹的扩展行为,该焊缝疲劳裂纹扩展过程与真实桥梁的疲劳裂纹扩展过程一致。⑵重心插值正则区域分解法求解平面裂纹问题。首先,介绍了一维和二维重心有理插值公式及其微分矩阵,并给出了求解平面弹性问题和平面裂纹问题的基本方程。其次,给出了重心有理插值正则区域法、重心有理插值正则区域分解法和应力强度因子的计算方法。再结合正则区域法和区域分解法,基于重心由理插值配点法提出了求解平面弹性问题和平面裂纹问题的数值方法。最后,通过平面弹性问题和平面裂纹数值算例验证所提方法的有效性。数值算例结果表明该方法可有效地解决平面裂纹问题,矩阵-向量形式的计算公式,方便程序编写,计算的应力强度因子精度高达10-3。⑶基于线弹性断裂力学法的疲劳试件裂纹扩展数值模拟研究。基于线弹性断裂力学法,采用重心有理插值正则区域分解法和有限元/边界元交互使用（ABAQUS软件与Franc3D软件交互平台）的方法分别对疲劳试件起始于焊根端部的疲劳裂纹扩展进行了二维、三维数值模拟研究,并将数值模拟的疲劳寿命结果与疲劳试件试验结果进行了对比分析。分析结果表明初始裂纹形状越扁平,疲劳寿命越小。与三维数值模拟结果和试验结果相比,采用二维应变模型计算的疲劳裂纹扩展寿命过于保守;为解决这一问题,结合试验和三维模拟结果,修正了可适用于疲劳试件面板-U肋连接焊缝细节疲劳裂纹扩展寿命评估的Paris公式。二维应变模型基于修试件正后的Paris公式计算的疲劳寿命的最大误差为13.2%,三维模型计算的疲劳寿命的误差约为10%。⑷泰州大桥正交异性钢桥面板疲劳裂纹扩展分析及寿命评估。首先建立了正交异性钢桥面板多尺度有限元模型并得到面板-U肋焊接细节的应力历程。其次,计算了焊根和焊趾处等效应力幅值。再基于线弹性断裂力学理论和two-level法,采用上述两种数值模拟方法分别对起始于焊根、焊趾处的的疲劳裂纹进行二维、三维扩展分析及寿命评估。最后,建立了不同的三维局部断裂力学模型,讨论并分析了面板厚度、熔焊深度和应力幅对疲劳裂纹扩展的影响。本文基于线弹性断裂力学理论和two-level法,采用两种数值模拟方法分别进行了二维、三维疲劳裂纹扩展分析及寿命评估,并通过疲劳试验验证了其可靠性,并推广应用到实桥上,为大跨度正交异性钢桥面板桥的疲劳裂纹扩展分析及寿命评估技术的有效应用提供了参考。