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吊杆作为中下承式拱桥的重要组成部分,在荷载、温度、腐蚀等多因素耦合作用下,易发生疲劳断裂。另外,疲劳破坏是长期作用效应,材料的微结构特性对疲劳破坏有显著影响。所以,拱桥吊杆钢丝的疲劳断裂问题引起广泛关注。构件的疲劳破坏过程是从微观缺陷到宏观断裂的跨尺度行为,跨尺度力学理论与分析方法是国内外的前沿与热点研究领域。本文基于宏微观跨尺度裂纹扩展模型,发展了一种有效的疲劳过程跨尺度分析方法。本文的主要研究工作包括:(1)在宏微观跨尺度裂纹扩展模型中,构件破坏过程从微观到宏观的跨尺度行为及材料微观效应由3个尺度效应函数来描述。根据疲劳破坏的物理机理,对3个尺度效应函数进行了合理假设。在此基础上,发展了一种疲劳跨尺度分析方法,对低合金超高强度钢40CrNi2Si2MoVA试件从微观到宏观的疲劳断裂过程进行了数值模拟计算。利用光滑圆棒试件(Kt=1)的试验S-N曲线,拟合出模型中的2个材料疲劳特性参数。然后,对含缺口试件(应力集中系数Kt=2,3)的S-N曲线分别进行了理论计算,理论计算结果能够与试验结果很好地吻合。通过数值模拟计算,探讨微观因素对材料疲劳失效行为的影响。(2)将宏微观跨尺度裂纹扩展模型,用于分析材料的静强度问题,提出一种静力破坏问题的宏微观跨尺度分析方法。试件在静荷载作用下的破坏过程,也是从微观缺陷到宏观断裂的跨尺度过程。对铸铁试件进行了单向拉伸破坏试验,对跨尺度裂纹扩展模型中的3个尺度效应函数进行了合理假设。根据铸铁试件极限强度的试验数据,采用打靶计算拟合出模型中的2个材料特性参数,对铸铁试件静载作用下的破坏过程及极限强度进行了数值模拟计算。通过数值模拟计算,探讨了微观因素对铸铁材料极限强度的影响。(3)建立了宜宾南门大桥的有限元分析模型,对该桥进行了整体有限元分析,得出服役状态下吊杆钢丝所受的最大应力与应力变化幅度。采用跨尺度裂纹扩展模型描述吊杆钢丝的疲劳破坏过程,采用本文发展的疲劳跨尺度分析方法,对宜宾南门大桥吊杆钢丝的疲劳失效行为进行了数值模拟计算。根据数值计算结果,对影响吊杆钢丝疲劳寿命的宏微观各因素进行了分析讨论。根据分析结果,对提高该类桥型的抗疲劳性能提出了合理化建议。