李 丹 ，张启伟，姜 旭

（同济大学，上海市 200092）

0 引言

在焊接缺陷、应力集中、残余应力、车辆荷载反复作用等因素的影响下，疲劳问题成为制约正交异性钢桥面板发展的重要工程难题。U 肋-顶板焊缝一般从焊根或焊趾起裂，在疲劳裂纹穿透顶板、致使桥面防水层与铺装层损坏时才能发现，且检修困难，是正交异性钢桥面板中最为严重的疲劳病害[1]。近年来对于三维裂纹扩展模拟的研究不断发展，张高楠[2]以ANSYS 应力分析结果为基础，运用PATRAN及AGILE 模块首次对纵肋-顶板焊接模型进行3D断裂力学分析，对比认为简化为2D 模型会使分析结果过于保守。刘中祥[3]模拟了润扬大桥正交异性钢桥面板3 种典型细节的裂纹扩展过程，发现裂纹扩展相同长度时U 肋-顶板焊缝所需时间最短。黄云[4]等基于疲劳模型试验和理论研究，得出起始于顶板-纵肋焊根位置的裂纹属于Ⅰ型主导的复合型裂纹，裂纹面呈现出典型的空间曲面特征。既有研究对移动车载下U 肋-顶板焊缝焊根与焊趾处开裂模式的对比分析还不够深入系统。因此，本文以某钢箱梁斜拉桥为背景，建立正交异性钢桥面板节段模型与U 肋-顶板连接细节子模型，通过有限元方法计算移动车辆荷载下裂纹尖端的应力强度因子，对萌生于焊趾与焊根处的裂纹以及三种开裂模式进行对比研究。

1 扩展有限元方法

本文对于应力强度因子的研究基于ABAQUS 中的扩展有限元模块。扩展有限元法（XFEM）通过引入富集函数来描述不连续的位移场[5]。……