对于长期处于风荷载、车辆荷载等随机动荷载作用下的大型桥梁结构,疲劳破坏是导致其发生破坏的一种主要形式。疲劳破坏通常表现出脆性破坏的性质,因此,桥梁等重大结构一旦发生破坏,便会造成不可估量的损失。可见,研究结构疲劳寿命的意义重大。目前主要通过疲劳试验或者样本试验结合雨流计数法预测结构的疲劳寿命。疲劳试验周期长、离散性较大、试验费用高。本文提出了一种仅需测量材料基本参数就可以预测桥梁钢构件疲劳寿命的方法。该方法结合了内聚力模型理论及实时雨流计数法,在预测构件疲劳寿命的同时,还能够分析疲劳裂纹扩展进程。本文以“973”项目“特大跨桥梁安全性设计与评定的基础理论研究”的子课题3“多因素作用下特大跨桥梁性能演化特征”(2015CB057703)为研究背景,针对钢结构疲劳裂纹扩展及疲劳寿命问题展开了以下研究:(1)从内聚力单元几何构型选择、几何方程、单元刚度阵、坐标旋转矩阵、本构关系、扩展准则等方面出发,完成了基于双线性本构关系的初始厚度为零的12节点内聚力单元理论推导和相应的用户自定义子程序,结合一个简单算例,对内聚力单元有效性进行了验证。(2)对不同的计数方法循环计数结果进行了比较分析,选择了一种可以完全提取所有应力循环的实时应力循环计数法,并在此基础上通过虚设峰值点或谷值点的方式改进了该方法,使其可以提取任意序列的等效应力循环信息。由改进的实时雨流计数法提取的疲劳应力序列的等效应力循环参数服从特定的数学分布:应力幅近似服从威布尔分布,应力均值近似服从正态分布。(3)给出了一个钢丝腐蚀疲劳裂纹扩展及疲劳寿命预测的实例。分析结果表明,该方法预测结果与试验结果吻合较好,该方法可以有效地预测钢结构疲劳裂纹扩展路径和疲劳寿命。