将波形折叠的钢板用作箱梁的腹板,从截面形成来说是一种创新性的组合结构,即波形钢腹板组合箱梁。波形钢腹板组合箱梁桥具有诸多传统箱梁桥所不具有的优点,也有一些固有的缺点。随着此类结构的研究改进和施工技术的改善,这类桥受到了国内外设计建设者和研究者的青睐。然而,从现有资料看,对波形钢腹板组合箱梁体外预应力的研究较少。本文在参阅国内外大量试验研究资料、设计规范以及相关文献的基础上,进行了波形钢腹板组合箱梁模型试验体外预应力筋的分析研究,推导了基于挠度的体外预应力应力增量计算公式。此外,用大型有限元软件MIDAS/FEA建立波形钢腹板组合箱梁有限元模型,对波形钢腹板组合箱梁的试验梁和有限元模型值进行对比,进行了加载全过程的应力增量的分析,以及影响波形钢腹板组合箱梁体外预应力增量因素的分析。主要工作包括以下几个方面:(1)查阅相关文献,了解波形钢腹板组合箱梁和体外预应力混凝土结构构造以及目前国内外的发展研究现状。(2)介绍了波形钢腹板组合箱梁桥的基本力学性能和与体外预应力筋应力相关的理论。(3)进行波形钢腹板模型试验梁的精心设计、制作及静载试验。试验中主要进行了不同工况下梁的跨中挠度和体外预应力筋的应力值的数据采集,并对试验结果进行了分析。试验结果分析表明,在弹性阶段,梁跨中挠度和体外预应力筋的应力增量与荷载呈直线或近似直线关系。(4)根据体外预应力混凝土结构挠度和体外预应力筋应力增量变化关系,推导了直线布筋和折线布筋分别在不同荷载作用下的力筋应力增量计算公式。用推导出的体外预应力应力增量公式计算本次试验梁并与实测数据进行对比,对比发现结果很接近,这种计算公式对波形钢腹板组合箱梁体外预应力增量的计算是切实可行的。(5)通过选取合理的单元类型和材料属性,用MIDAS/FEA建立本次模型试验梁的有限元模型。有限元计算结果表明,软件计算结果和试验梁的实验数据分析结果相互吻合良好,这种波形钢腹板组合箱梁桥的建模方式是较为准确的。(6)用软件模拟了试验梁从一开始加载到结构破坏的全过程中体外预应力应力增量的变化情况,结果表明:结构在混凝土开裂前弹性阶段,体外预应力应力增量及跨中挠度与荷载呈线性关系;随着荷载的不断增大,混凝土开裂,跨中挠度和体外预应力应力增量增大较快,结构刚度明显降低,受拉区钢筋还处于弹性范围内,体外预应力应力增量及跨中挠度与荷载还呈线性关系;结构进入塑形阶段,受拉区钢筋屈服,挠度和体外预应力应力增量急剧增大,体外预应力应力增量及跨中挠度与荷载变为曲线关系。(7)用MIDAS/FEA建立影响波形钢腹板体外预应力筋应力增量不同参数的模型,通过分析了可知:对预应力增量影响大的因素为钢筋屈服强度、受拉区普通钢筋的配筋率及混凝土强度等级,而钢腹板厚度、钢材屈服强度、力筋张拉力和预应力配筋率对波形钢腹板体外预应力应力增量影响不大。