随着铝合金材料的发展,具有优异性能的铝合金材料在工程结构中的应用已由辅助加固构件逐渐向主承力构件转化,其作为拱结构主承力构件将使拱结构更加轻薄大跨,但也加剧了拱结构失稳的风险。本文以工字型圆弧铝拱为研究对象,采用理论推导、有限元数值模拟以及模型试验的研究方法,展开以下系列研究:(1)基于卡氏定理,考虑剪切变形,求解了工字型圆弧拱失稳前轴力和弯矩分布;构造了铰接和固接支撑下拱的面外变形和扭转变形函数,采用Rayleigh-Ritz法,推导了工字型拱在拱顶集中力作用下的平面外失稳临界荷载解析解。(2)完成了铝材拉伸试验,测定了铝材的弹性模量、屈服强度、泊松比等性能参数;对工字型铝拱试件进行冷弯成型,并对冷弯成拱的全过程进行了模拟,获得冷弯过程后的最终残余应力,残余应力模拟结果表明腹板顶部和底部的残余应力较少。(3)建立了工字型圆弧铝拱在拱顶集中力作用下的有限元模型,并对其面外失稳临界荷载进行了参数分析,探讨了拱的矢跨比、长细比、荷载高度对拱面外失稳临界荷载的影响,探究了圆弧铝拱发生弹性平面外失稳的机理。(4)开展了工字型圆弧铝拱弹性平面外稳定实验研究。自主研发了多功能支座,设计了加载系统以及测量系统,对18根工字型圆弧铝拱试件进行弹性平面外失稳实验,给出了不同荷载高度下拱的荷载位移曲线,获得了圆弧铝拱发生平面外失稳的模态以及平面外失稳临界荷载,并与解析解与有限元结果进行了相互验证,最大误差不超过6.5%。