钢管混凝土拱桥因其具有良好的受力性能、优美的造型等,在我国得到广泛应用,目前已建和在建的钢管混凝土拱桥已超过400座,最大跨度超过500m。随着跨度的不断增加,拱肋的长细比不断增大,宽跨比不断减小,平面外稳定问题更加突出。对于下承式钢管混凝土拱桥,当拱肋在承受桥面传来的荷载而发生平面外位移时,因吊索下端侧向位移受到桥面系的限制,此时拱肋承受非保向力作用。研究表明,非保向力作用可显著增加拱肋的平面外稳定承载力,相较于保向力荷载,拱肋的平面外稳定承载力可提高2.5~3.0倍,设计中需予以考虑。但是,目前考虑非保向力作用对拱桥的平面外稳定性能影响的研究主要针对弹性稳定问题,且有关非保向力作用影响的试验较少。为此本文进行了非保向力作用下钢管混凝土单肋拱的平面外稳定试验,并利用试验数据对有限元模型进行验证。利用经过验证的有限元模型对可考虑钢管混凝土拱弹塑性稳定问题的影响非保向力作用的参数进行系统研究,主要内容如下:(1)进行了考虑非保向力作用的抛物线形钢管混凝土单肋拱在竖向均布荷载作用下的平面外稳定性能试验,研究钢管混凝土拱的受力性能、破坏模态等。通过对比LVDT和全站仪的位移测量结果,确定适用于大长细比钢管混凝土拱的位移测量系统;通过对关键截面处应变数据的分析,确定拱截面的受力状态及约束效应。研究表明,试件发生平面外整体失稳;截面为小偏心受压,在达到极限承载力之前,约束作用已经产生,分析时需考虑其影响。(2)通过ABAQUS建立可考虑非保向力作用的有限元模型,通过与试验数据对比分析确定参数分析有限元模型中合理的边界条件、单元类型、网格划分、材料本构、初始缺陷及分析方法。研究表明,钢管混凝土拱有限元模型分析时核心混凝土应采用约束混凝土本构,利用本文所建立的有限元模型计算得到的结果与试验数据吻合良好,有限元模型是合理可靠的。(3)进行系统参数分析,研究非保向力对不同矢跨比、长细比、含钢率、混凝土强度及钢材强度的钢管混凝土拱的稳定承载力的影响。将非保向力作用下与保向力作用下的稳定承载力的比值定义为非保向力影响系数,确定影响该系数的关键参数及相应的影响规律。在此基础上提出下承式钢管混凝土单肋拱的非保向力影响系数计算公式,公式计算结果与有限元结果吻合良好。