拱桥的拱肋在活载作用下为压弯构件,其稳定问题突出。本文以安徽淮南孔李淮河三跨连续下承式钢箱拱桥为工程背景,采用有限元方法,建立该桥的三维整体有限元模型,进行了线弹性稳定(分枝点失稳)和极限承载力(极值点失稳)计算和分析。鉴于钢桥由局部板件连接而成,受压的局部板件极易发生局部屈曲,依据薄板屈曲理论和加劲板屈曲理论,对主拱肋各截面加劲板件进行了局部弹性稳定的理论计算。最后,根据需要详细分析的部位,建立了孔李淮河大桥的多尺度有限元模型,进行了局部—整体相关屈曲的极限承载力计算,可供桥梁结构分析局部构件破坏参考。论文的主要研究工作和结论:1.建立了淮南孔李淮河大桥结构尺度的三维有限元模型,进行了整体弹性稳定和参数分析。结果表明,淮南孔李淮河大桥的主拱失稳的阶次靠前,是整体稳定的重点,桥面竖向荷载对弹性稳定结果影响比较大,横向风荷载影响较小。面内稳定性主要由拱肋面内抗弯刚度决定,面外稳定性主要由拱肋面外抗弯刚度决定,而拱肋扭转刚度对面内和面外弹性整体稳定性的影响都较小。2.考虑结构的几何和材料双重非线性,对淮南孔李淮河大桥整体极限承载力进行了计算和分析。结果表明,几何非线性对在该拱桥的极限承载影响较小,材料非线性是该拱桥整体极限承载力的控制因素。通过分析拱肋的屈服路径发现,主跨L/6处的拱肋和拱顶处的拱肋截面最先失效,是该桥拱肋极限承载力的关键部位。在稳定极限承载力状态下,拱肋关键截面的屈服所导致的截面抗弯刚度的改变和大变形,引起吊杆内力的重分布,并导致了拱肋关键截面的弯矩出现卸载现象。3.在桥梁极限承载力状态,此时作用的荷载非常大,部分局部板件会首先会发生局部屈曲,而传统的杆系有限元整体模型无法考虑局部板件的屈曲。论文根据前面整体极限承载力和局部稳定理论计算结果,确定小尺度建模的目标部位。然后,用板壳单元建立目标部位的局部板件尺度模型,用杆梁单元建立非目标部位的全桥的结构尺度模型;最后,采用位移协调方程实现其界面连接形成多尺度有限元模型。该建模思路可以为钢箱拱桥局部—整体相关屈曲极限承载力的研究提供建模参考。4.依据多尺度有限元模型,对孔李淮河大桥局部—整体相关屈曲极限承载力进行了计算分析。结果表明,所建立的多尺度有限元模型,可以实现局部板件尺度和整体结构尺度的协同计算,可以考虑局部板件屈曲和整体结构屈曲的相互作用,并可以详细揭示局部板件的失效模式。拱肋局部板件屈曲后,并不意味着拱肋立即丧失承载力,桥梁整体仍能继续承受更大的荷载,并且不同部位的局部屈曲对整体极限承载力的影响不同。