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针对正交异性钢桥面板顶板-U肋焊缝疲劳开裂问题，提出一种在钢桥面顶面粘贴小尺寸矩形板的疲劳加固方法。以某主跨1 490 m的悬索桥为背景，建立正交异性钢桥面局部有限元模型，计算加固前、后钢桥面板顶板-U肋焊缝在车轮横向荷载与纵向移动荷载下的应力情况；分析加固板厚度、横桥向尺寸、顺桥向尺寸和材料属性等参数对加固效果的影响规律；在此基础上，基于线性累积损伤理论，结合实际监测交通量，分析对比不同加固方案下的焊缝疲劳寿命。结果表明：采用不同方式加固后顶板-U肋焊缝应力有不同程度的减小，加固板厚度对加固效果的影响十分显著，横桥向尺寸在一定范围内有显著影响，顺桥向尺寸的影响可忽略；钢板的加固效果优于CFRP板。分别采用横桥向长度400 mm、板厚8 mm的钢板与CFRP板加固时，加固后顶板-U肋焊缝的疲劳寿命可提高90.85%和66.15%。