近年来,随着我国高速铁路的快速发展,普通预应力混凝土桥梁结构以其较好的经济性和较大的刚度在铁路沿线的占比越来越大,对于跨越深切峡谷地带的铁路,大跨度劲性骨架混凝土拱桥结构以其优越的整体受力性能,在大跨度桥梁结构选型中具有较强竞争力,然而由混凝土材料收缩徐变引起的桥梁结构长期变形行为,已成为国内外相关学者的重点研究课题,目前有关混凝土收缩徐变的试验研究主要是在恒温﹑恒湿等标准环境条件下进行的,由此得到的预测模型对于标准条件下的混凝土收缩徐变可能具有较好的预测精度,但是对于自然环境条件下的混凝土收缩徐变预测则存在较大偏差,因此,有必要开展自然环境条件下的混凝土收缩徐变预测模型研究,为工程实际提供理论基础。对于自然环境中的混凝土桥梁结构,太阳照射作用将引起混凝土箱形截面上的非均匀温度分布,对于普通直线型混凝土箱形结构,横截面倾角沿轴向为定值,采用二维温度场分析可基本满足要求,而对于大跨度的箱形拱结构,横截面沿拱轴线方向是不断变化的,箱形截面顶板沿拱轴方向所受到的太阳辐射作用存在一定差别,采用二维温度场分析已无法满足要求,有必要开展箱形拱结构三维温度梯度分布规律的研究,为同类桥梁结构的建设提供技术支撑。本文结合铁道部科技研究开发计划课题,主要开展了如下研究:(1)结合工程实际,对大跨度劲性骨架混凝土拱桥主拱圈结构的外包C60混凝土和管内C80高强混凝土开展自然环境条件下的混凝土收缩徐变试验研究,充分了解混凝土收缩徐变的长期变形行为。(2)对已有混凝土收缩模型进行总结,分析影响混凝土长期收缩行为的主要因素,以标准条件下的收缩模型为基础,探究自然环境条件下温湿度变化对混凝土收缩的影响规律,通过引入环境温度修正系数和考虑风速影响的混凝土湿度修正系数,建立自然环境条件下的混凝土收缩模型,并将试验结果与所建理论模型进行对比分析,以此验证模型的准确性。(3)结合已有的国内外主流混凝土徐变预测模型,总结了影响混凝土长期徐变行为的主要因素,结合已有研究成果,探明自然环境条件下混凝土内部温湿度分布规律;基于叠加原理,通过引入混凝土湿度影响系数和环境温度影响系数对模型进行修正,同时考虑环境升温对混凝土徐变产生的瞬时加速来描述自然环境条件下的混凝土长期徐变行为,并将试验结果同理论模型计算结果进行对比分析,验证本文所建模型的预测精度。(4)通过对普通混凝土和钢管混凝土收缩徐变试验结果的对比分析以及国内外学者关于钢管混凝土预测模型的研究,获取影响钢管混凝土收缩徐变的主要因素,提出了考虑膨胀剂含量﹑含钢率﹑再生骨料替换率和环境温度等影响因素的钢管混凝土徐变模型预测方法,为后期钢管混凝土徐变量化模型的建立提供参考。(5)基于已有混凝土温度场基本理论,给出了日照作用下混凝土箱形拱结构表面综合大气温度的计算方法,并对长波辐射换热系数的取值问题进行深入探讨,考虑环境温度和箱形拱结构温度的不同组合工况,给出了长波辐射换热系数的合理取值范围,提高了计算精度。(6)开展劲性骨架主拱圈结构温度场试验研究,针对沿拱轴不同截面的温度场试验结果,探明横截面倾角沿拱轴变化的无翼缘板箱形拱结构的三维温度场分布规律。(7)总结国内外相关规范中的混凝土箱形结构二维温度场模型,结合有限元分析模型,获取沿轴向不同节段的温度梯度特征值,建立了无翼缘板箱形拱结构的三维温度梯度模型。(8)以445m主拱圈结构为研究对象,建立有限元分析模型,基于本文研究成果,开展大跨度高速铁路劲性骨架混凝土拱桥收缩徐变及温度效应研究,并将理论计算结果同试验结果进行对比分析,得到了主拱圈结构在混凝土收缩徐变及温度影响下的变形及应力分布规律。