港珠澳大桥正交异性钢桥面板疲劳失效修复焊接的仿真与实验研究

为解决港珠澳大桥正交异性钢桥面板(OSD)的疲劳特性与维护难题，研究人员通过有限元仿真(FEA)和高周疲劳(HCF)实验系统研究了U肋-面板焊缝(Ud)、U肋对接焊(Ub)和U肋-横隔板焊(Urd)的应力分布。研究发现：焊趾修复使疲劳寿命降低60%，面板修复降低30%；基于失效评估图(FAD)预测临界裂纹尺寸为17.66 mm，结合Paris定律提出焊趾与面板修复的维护周期分别为3年和5.4年，为重大桥梁工程维护提供量化依据。

　　

这项研究以超级工程港珠澳大桥为背景，像侦探般精准锁定正交异性钢桥面板(Orthotropic Steel Deck, OSD)的三大疲劳"犯罪现场"——U肋-面板焊缝(U_d)、U肋对接焊(U_b)和U肋-横隔板焊(U_rd)。通过构建数字孪生体般的有限元模型，发现车轮荷载就像调皮的小精灵，在最不利位置会引发焊缝应力集中。

失效评估图(Failure Assessment Diagram, FAD)如同X光机，透视出U_d焊缝的临界裂纹尺寸达17.66 mm这个危险阈值。高周疲劳(High Cycle Fatigue, HCF)实验则化身时间加速器，揭示焊趾修复会让材料"折寿"60%，而面板修复相当于打30%的生命折扣。

研究团队巧妙地将Paris定律与损伤等效系数法相结合，像给桥梁开了张"体检时间表"：焊趾修复需每3年"复查"，面板修复则可延长至5.4年。这些发现为跨海大桥的"健康管理"提供了精准的量化指南，让钢铁巨龙能持续安全地腾跃在伶仃洋上。