钢管混凝土拱桥因承载能力高、施工快速、适应高山峡谷复杂地形等优势成为桥梁界的兴盛力量,得到了广泛应用和大规模建设,一跃成为大跨度桥梁发展的主要方向之一。钢管混凝土组合效应是发挥其优越性的前提,然而实际工程中钢管混凝土拱肋普遍存在的脱空问题,直接影响到结构受力状态及耐久性。本文从服役环境下的钢管混凝土拱桥出发,综合考虑拱结构内力、太阳辐射温度场、混凝土时变效应影响因素,开展了脱空机理及影响分析。本文的主要工作如下:1.基于钢管混凝土计算理论,以一座主跨300m的钢管混凝土拱桥工程实例为依托,结合不同数值模拟方法,利用Midas/Civil计算了整体结构在荷载作用下的内力、挠度,分析了拱肋的内力分布规律,总结了拱结构的受力特点,对比研究了统一理论模拟方法与双单元模拟方法的差异;根据结构整体分析识别关键构件,构建“钢管—界面—混凝土”精细化细观模型,分析了钢管混凝土拱肋在轴心压力、偏心压力作用下的界面状态及脱空程度。2.基于ASHARE晴空分析模型及瞬态热传导理论,阐明了太阳辐射温度场理论,明晰了钢管混凝土日照温度场有限元分析流程,结合ANSYS的APDL语言开展了太阳辐射下的钢管混凝土温度场仿真分析,获取了钢管混凝土非均匀分布温度场;建立热-力耦合分析模型,明确了太阳辐射不均匀温度场作用下的钢管与核心混凝土间的界面状态,揭示了不均匀脱空分布规律。3.总结分析了钢管混凝土常用收缩徐变时变模型,基于等效降温法,获取了考虑混凝土时变效应的钢管混凝土界面状态;提出了考虑不均匀温度场—偏心压力—混凝土时变效应的“钢管—界面—混凝土”ANSYS精细化计算模型,剖析了多种因素耦合作用下钢管混凝土脱空机理;以理论分析为指导,提出了基于诱导振动的钢管混凝土脱空检测方法,开展了依托工程桥拱肋脱空检测试验,获取了不同工况下的脱空指数变化情况。4.在考虑了材料和几何双重非线性的基础上,研究了脱空对钢管混凝土拱结构的影响,分析了脱空对钢管混凝土拱肋刚度的影响,并根据各工况的荷载—位移曲线,探讨了典型荷载作用方式对拱结构承载能力的具体影响,量化了脱空对钢管混凝土拱肋的结构性能影响。分析表明:钢管与混凝土界面粘结情况对拱结构的承载能力影响明显,完全脱空与完全不脱空相比,全跨满布活载时活载系数下降了11%,半跨满布活载时活载系数下降了13%。