近年来,桩板式路基结构开始逐步应用于我国公路建设领域,但是国内外对桩板式路基的理论研究较少,且暂无相关设计规范,给桩板式路基的大规模应用带来了很大困难。桩板式路基是一种新型路基结构形式,主要由桩基、梁板、桩板接头等部分组成。相比传统路基,具有工后沉降小、整体刚度大等优点。由于该结构体系及其关键构造的创新,例如桩板连接构造、接缝连接构造,使得桩板式路基结构的力学性能既不同于常规桥梁也不同于普通路基。因此,需要对该类新结构体系及其关键构造的力学性能进行深入研究,确保其安全性和耐久性,从而实现其大规模推广应用。本文以安徽省G5011芜合高速公路林头至陇西立交段改扩建工程的桩板式路基作为依托工程和研究对象,首先建立桩板式路基结构体系的整体有限元模型;然后分别建立桩板连接构造以及接缝连接构造的精细化非线性有限元模型;最后根据路基整体模型和关键构造的精细化模型,深入研究桩板式路基的力学性能。本文的主要研究内容和结论如下:(1)针对桩板式路基的结构特点,建立了桩板式路基结构体系的整体有限元模型,明确了基本组合与短期效应组合下车道荷载和车辆荷载对该类结构受力性能的影响,确定了桩板式路基结构能够很好地满足承载能力和正常使用要求。然后,通过分析桩板式路基的结构动力特性可知,该类结构整体刚度较大,特别是纵向和竖向刚度,但板梁的横向刚度相对较小,结构整体抗扭能力低于抗弯能力。(2)建立了桩板连接构造的精细化非线性有限元模型,利用压弯柱理论分析了桩板连接构造中法兰盘、螺栓、加筋环以及螺栓头的受力情况可知,各桩采用的法兰盘与螺栓的尺寸参数满足承载力极限状态和正常使用极限状态的性能要求。而且,通过设置加筋环和螺栓头可以有效改善桩板连接构造的受力性能,其中加筋环作用更多体现在钢套筒抗拔方面,而螺栓头可以加强钢套筒内灌浆料的锚固能力。(3)通过下牛腿截面受力性能验算,明确了牛腿截面能够满足受力性能要求。同时,建立了联与联之间新型竖向限位伸缩缝与牛腿共同作用的精细化有限元模型,通过分析可知,新型竖向限位伸缩缝与牛腿之间的协同工作虽然对牛腿的竖向应力的改善程度有限,但能有效限制联端的竖向位移,且伸缩缝应力水平不大,但牛腿中的钢筋拉力较大。而且,通过在下牛腿增设横梁与钢筋能够有效减小下牛腿混凝土横向应力,进一步确保了牛腿的安全性和耐久性。