正交异性钢桥面板由互相垂直的纵肋和横肋以及其上部盖板组合而成,具有自重轻、整体刚度大、承载力高、抗震性能好、施工快速等优势,在公路桥梁工程中应用广泛。近年来,采用正交异性钢桥面板结构的铁路桥梁也日益增多,但由于焊接构造、桥面铺层、荷载工况等与公路桥梁差别甚大,目前对铁路钢桥面板构造细节的疲劳性能尚不明确,相关研究越来越受到重视。本文以南京大胜关长江大桥为工程背景,对铁路正交异性钢桥面板典型焊接构造细节的疲劳性能开展试验研究与数值分析,具体内容如下:(1)建立铁路正交异性铁桥面板整体节段的实体单元与板壳单元混合模型,开展最不利列车荷载工况下的有限元分析,确定纵梁-盖板-横梁(SDF)、纵梁-盖板(SD)、U肋-盖板(RD)三类焊接节点为典型的疲劳易损部位,并基于应力外推法得到焊趾处的热点应力;进一步建立这三类节点的实体有限元模型开展多参数分析,通过与整体模型应力及变形结果对比,确定了节点模型的合理边界条件、荷载工况及热点位置,为后续试验方案设计提供依据。(2)设计制作2个SDF节点、4个SD节点、6个RD节点共12个试件开展疲劳性能试验。首先进行静载试验,其中SDF试件为偏心加载,SD试件为中心加载,RD试件为中心加载和偏心加载两种工况,采用梯度应变片实测得到外推区的应力分布规律并基于外推法得到焊趾处的热点应力值;随后进行高周疲劳试验,疲劳荷载幅根据热点应力实测值及目标热点应力幅值共同确定,加载频率根据位移幅值不同在2Hz-4Hz之间变化,重点对疲劳裂纹的萌生、扩展全过程以及节点竖向位移进行测量,得到不同类型节点的疲劳破坏模式以及裂纹尺寸和试件刚度随加载次数的变化规律。(3)静载试验结果表明:SDF节点焊趾附近的热点应力呈二次抛物线规律,SD节点和RD节点焊趾附近的热点应力呈线性变化规律,应力值与数值分析结果均吻合良好。高周疲劳试验结果表明:SDF节点在纵梁下翼缘和横梁腹板焊缝位置的横梁腹板受拉侧焊趾区域萌生三条初始裂纹,随后裂纹稳态扩展直至试件刚度失效,SD节点和RD节点则在纵梁(或U肋)与盖板焊缝的盖板焊趾处萌生初始裂纹并沿焊趾纵向扩展,扩展过程大致分为裂纹萌生、稳定扩展、贯穿壁厚和刚度失效四个阶段,并且在扩展过程中无其他裂纹产生;除SDF节点的裂纹长度始终随加载次数增加而稳定增大外,所有节点的裂纹长度、裂纹深度及竖向刚度均在疲劳加载前期呈现缓慢而不明显变化,到加载后期才出现大幅度变化。基于试验数据,拟合得到了典型裂纹的扩展速率公式。(4)将本文试验的节点疲劳寿命与国际焊接协会IIW疲劳设计建议中的S-N曲线进行对比,发现采用FAT100曲线对SDF节点和RD节点的焊缝疲劳寿命进行预测是安全可行的,但即便FAT90曲线对于SD节点纵梁与盖板之间的不开坡口角焊缝也是不安全的,建议采用全熔透或80%熔透的自动角焊缝。研究成果可为铁路正交异性钢桥面板的应力分析、疲劳性能评估和寿命预测提供科学依据和重要参考,为实际工程应用提供理论指导。