波形钢腹板组合梁桥有着广阔的应用前景,近年来已经成为桥梁工程领域的热门研究话题,相比普通混凝土箱梁桥,波形钢腹板组合箱梁桥的受力更加复杂。国内外许多工程师、专家、学者从波形钢腹板组合梁的抗剪、抗弯、剪力滞、抗扭、畸变、动力等方面展开了丰富而深入的理论、试验和工程应用研究,并取得了丰硕的研究成果,但针对波形钢腹板组合箱梁非线性力学行为的研究相对较少。本文主要基于有限单元法,利用大型有限元软件Abaqus,对变截面波形钢腹板组合箱梁进行了受力全过程的仿真模拟,研究考虑结构的非线性因素时,波形钢腹板组合箱梁的力学响应。首先,对如何利用Abaqus进行非线性分析进行了研究。通过对比《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)中混凝土本构模型与Abaqus中混凝土塑性损伤模型(CDP)之间的差异,修改《混规》中本构关系的计算公式,给出了一种适用于Abaqus中CDP模型的材料参数计算方法,并对有限元模型计算结果与有关文献中的试验结果进行对比,验证了相关公式的准确性。另外,从结果的准确度和计算效率两个方面对比了隐式算法和显式算法的特点,表明Abaqus提供的显式动力分析步(Dynamic Explicit)对求解基于CDP模型的波形钢腹板组合梁更具优势。其次,利用经过验证可行的建模过程和分析方法,建立了前山河特大桥27.9m的变截面波形钢腹板组合箱梁的有限元模型,通过施加不同的荷载类型对结构进行静力分析,研究了非线性因素对变截面波形钢腹板组合箱梁桥受力性能的影响。主要结论有:(1)混凝土的损伤开裂造成了波形钢腹板的纵向正应力大幅度增加,原本主要由顶板和底板承担的弯曲正应力转而由腹板和底板共同承担,顶板在混凝土开裂部位丧失了大部分的抗弯能力;(2)变截面箱梁底板承担的剪力不能忽略,越靠近支座处,底板的承剪比例越大,甚至承担了整个截面50%以上的剪力;(3)偏心荷载作用下,在靠近荷载作用部位的一定范围内,可能会因为横向弯曲作用,使顶板厚度变化处出现拉伸开裂。最后,针对改善波形钢腹板组合箱梁受力性能的主要工程措施展开探讨,分析了内衬混凝土对钢腹板稳定性的影响以及横隔板对箱梁抗扭性能的影响,研究表明:(1)内衬混凝土的设置范围对波形钢腹板的特征值屈曲临界荷载影响明显。但是如果考虑初始缺陷和钢腹板的塑性,内衬的范围要保证腹板最易发生屈曲失稳的位置都受到内衬的加强作用,否则内衬对波形钢腹板的非线性稳定影响不明显;(2)设置横隔板后,波形钢腹板组合箱梁在扭转作用下的变形和应力均有所降低,横隔板距离荷载作用位置越近,对箱梁抗扭性能的提升作用越明显。另外,横隔板能够有效降低扭转作用下结构的横向弯曲正应力。因此,设置横隔板能够预防偏心荷载导致的顶板混凝土的纵向拉伸开裂。