自从上个世纪以来,钢箱梁和正交异性钢桥面板已经成为桥梁建设中极为重要的结构形式,后者更是因其较高的承载能力和良好的经济效益而得到广泛应用。钢桥面板在当前面临的突出问题是疲劳问题,其众多的构造细节和焊缝连接导致桥面板在承受轮载过程中出现应力集中和反复循环,是导致裂缝开展和结构失效的主要原因。在钢桥面板疲劳的研究中,有限元模拟是目前常用的一种分析方法;相比实桥测试和模型试验,该方法在降低研究成本的同时可以对实际操作中难以实现的内容进行模拟分析,是对试验方法的重要补充,但模型精度和计算效率也是有限元模拟中需要重点解决的问题。本文以某大跨斜拉桥为例,基于WIM系统采集的车辆荷载信息,通过引入相关随机变量的抽样方法,对交通流荷载的关键参数进行相关性抽样,进而生成随机车流样本,对主梁钢桥面板疲劳细节进行加载分析,计算各细节处的疲劳可靠度。具体研究内容如下:1、基于多点约束方法建立了斜拉桥空间多尺度模型,分别采用杆系单元、壳单元和实体单元建立了整桥、梁段和疲劳细节模型;以动、静力荷载试验为依据,采用零阶优化算法对单梁模型进行修正,并对多尺度模型进行验证。计算结果表明,修正后的多尺度模型可以较好地反映结构整体和局部的受力特性,采用多点约束法连接不同类型单元可以满足计算精度需求;当网格尺寸在1/4板厚以下时,计算得到的焊缝细节热点应力误差较小,逐渐趋于收敛;2、基于WIM系统采集的交通流数据,对某高速公路交通流荷载参数进行统计分析,重点统计了代表车型及其比例、日交通量和轴重参数;建立相关随机变量的分层抽样方法,对随机车流关键参数进行抽样,生成随机车流样本。通过算例分析,验证了CMCSCL抽样方法在随机变量相关性的考虑和样本代表性上的优势;3、基于S-N曲线法建立了疲劳极限状态方程,通过影响线加载对分层抽样得到的各车型样本进行加载分析,得到不同细节处的应力历程和疲劳荷载谱,采用Kriging代理模型对各车型在不同轴载下的疲劳荷载谱进行预测;编制可靠度分析程序,计算各疲劳细节在随机车流下的疲劳可靠度,并对交通量、车型比例和交通量增长等3种车流参数进行分析,分析各个参数对疲劳可靠度的影响。计算结果表明,钢桥面板部分疲劳细节存在较大的开裂风险,疲劳寿命低于设计使用年限,在桥梁运营过程中应加以注意;4、计算大件运输荷载下斜拉桥钢桥面板的应力大小和分布情况,分别对大件运输荷载下跨中段钢箱梁的局部应力分布和关键细节应力历程进行计算分析,并计算大件车通过对关键细节造成的疲劳损伤。计算结果表明,大件车通过时钢箱梁的整体应力水平不高,部分细节处存在应力集中,但车辆通过造成的疲劳损伤较小,基本不会影响结构的耐久性和安全性。