随着我国西部大开发战略的实施,边远山区及西部公路交通等基础设施建设蓬勃发展,不可避免地要大量采用跨大江、大河和深沟的高架桥。此时,如何在全面掌握高桥墩桩基础承载机理的基础上进行其变形与稳定性分析,已成为山区高架桥基础工程所面临的重要技术难题。为此,本文结合湖南省交通科技项目“山区超高桥墩桩基础承载机理及优化设计研究”(2005013)课题,从桩柱式高桥墩桩基屈曲承载机理出发,通过理论分析、室内模型试验及数值模拟对桩柱式高桥墩的稳定性问题进行较深入系统的研究。本文首先深入分析了桩柱式高桥墩桩基的屈曲机理。在此基础上,首次将桥墩、桩基作为整体结构进行受力分析,建立了可考虑墩桩不同刚度及桩侧土体影响的高桥墩桩基屈曲分析的简化计算模型,利用能量法导得施工阶段和成桥阶段不同边界条件下高桥墩桩基屈曲临界荷载及稳定计算长度的解析解。其次,为了更直观反映桩柱式高桥墩桩基的屈曲规律,设计并完成了多组桩柱式高桥墩桩基的屈曲室内模型试验,通过改变墩桩长度比、边界条件和材料刚度等参数组合,得到相应的荷载-变形曲线。结合能量法解析解进行对比分析表明;解析解结果与室内模型试验结果吻合较好,但基于能量法的桩身屈曲临界荷载理论预测值比实测结果要偏大;桩柱式高桥墩桩基的边界条件对其稳定性影响很大,加强约束条件能显著提高高桥墩桩基稳定性;当高桥墩桩基总长度一定时,地面下桩身埋置率越大,越有利于高桥墩桩基的屈曲稳定,相应屈曲临界荷载也越大。最后,考虑P-⊿效应的影响,对传统有限杆单元法进行改进,采用结构变形失稳发展过程中的位移变化率来判定其失稳模式,从而得到计算桩柱式高桥墩桩基的改进有限杆元屈曲计算方法,编制了相应程序,并通过与室内模型试验结果进行了对比计算,验证了改进有限杆单元方法的可行性。改进有限杆单元法误差较小,可直接用于实际工程计算。同时,基于改进有限杆元屈曲计算方法对桩侧土体、无量纲入土深度、墩桩刚度比及自重等因素对高桥墩桩基屈曲稳定的影响规律进行了分析,得出结论;桩侧土体和基桩的入土深度是影响高桥墩桩基屈曲性能的重要因素,单纯提高结构刚度不能显著改善其稳定性;桩侧土体对高桥墩桩基屈曲稳定的影响存在一个有效深度范围;此外,高桥墩的自重对埋入比通常较小的桩柱式高桥墩桩基稳定性的不利影响较显著,特别是施工阶段,不容忽略。