随着我国经济技术的发展,斜拉桥在最近十年内的应用愈加广泛,跨径范围从几百米到上千米,结构形式更是多种多样。钢-混凝土混合梁凭借其优越的性能,成为大跨径斜拉桥常用的主梁形式。大跨径混合梁斜拉桥的设计的关键在于钢-混结合段的受力性能以及其是否能有效传递荷载。本文以九江长江大桥为工程背景,以大尺寸模型试验为主,并结合采用有限元数值模拟和理论分析的研究手段,从钢-混结合段整体受力性能、结合段传力机理和钢梁过渡段受力性能、局部PBL剪力键静力和疲劳性能三个层面,系统地研究了大跨径混合梁斜拉桥结合段受力性能。主要研究内容如下:(1)为整体把握结合段的受力性能,并指导本文模型试验的开展,建立考虑钢-混凝土相对滑移和接触的结合段全尺寸实体-板壳有限元精细化计算模型,分别计算在最不利正弯矩和最不利轴力工况作用下,钢梁段、混凝土梁段、结合段连接件的受力状态,总体上对结合段的受力性能进行了把握。研究结果表明:结合段整体受力合理,各部件应力均处于弹性阶段,且焊钉连接件与开孔板传力可靠,能保证结合段的传力性能。(2)设计了缩尺比为1:2的结合段模型试件,并按照实际内力设置了加载条件和边界条件,开展了结合段的受力性能试验研究。试验结果表明,各工况下的各部分应力、应变处于弹性阶段,结合段受力性能良好;九江长江公路大桥钢-混结合段满足承载力要求,且具有一定的安全储备;该种形式的结合段受力合理,适合在大跨径混凝土主梁中采用。(3)选取实桥受力最不利的格室,并变换其构造形式,制作两个1:2缩尺的模型试件,进行承载能力加载试验,研究不同构造形式的结合段的传力机理及破坏形态。依据试验和计算结果,探讨了结合段的传力路径,分析了传力模式、比例和面积,以及应力扩散的均匀性和有效性。(4)通过缩尺比为1:2的模型加载试验,研究不同构造形式的钢梁加劲过渡段的应力分布规律、破坏模式及承载能力。研究结果表明:各试件过渡端部均先于试件其他部位进入塑性阶段,即过渡端部是钢梁过渡段受力最薄弱部位。在过渡端部设置横隔板不但可以明显减小其应力集中度,同时也限制了附近底板的面外变形。(5)为研究结合部传力关键部件—PBL剪力键的受力性能,开展了PBL剪力键的静力和疲劳性能试验研究,其中静力加载试件7个,包括3个无贯通钢筋的PBL键试件和4个有贯通钢筋的PBL键试件;疲劳加载试件10个,主要研究参数为疲劳加载幅。研究结果表明:有贯通钢筋PBL剪力键结构试件极限承载力均值高于无贯通钢筋PBL剪力键结构试件极限承载力均值,加载方式对试件达到极限承载力后的滑移曲线影响较大;有贯通钢筋PBL剪力键结构试件疲劳破坏特征为混凝土榫破碎,并且贯通钢筋被剪断。同时,通过疲劳试验拟合得到失效概率为50%与2.3%时的荷载与疲劳寿命曲线方程。