波形钢腹板组合箱梁是以波形钢腹板取代传统混凝土箱梁中的混凝土腹板而形成的一种钢-混凝土组合结构。由于波形钢腹板的厚度较小,波形钢腹板组合箱梁的抗扭刚度要比传统混凝土箱梁的小得多。特别是具有较大宽高比的单箱多室波形钢腹板组合箱梁,在偏载的作用下将承受较大的扭矩,扭转效应不容忽视。为揭示单箱多室波形钢腹板组合箱梁的抗扭机理,掌握其在外加扭矩作用下的力学行为,本文采用模型试验研究、有限元分析与理论分析相结合的方法,对单箱多室波形钢腹板组合箱梁的纯扭性能进行了系统性的研究。主要的研究工作和成果如下:(1)在单箱单室波形钢腹板组合箱梁纯扭转分析的既有理论模型RA-STMT和FA-STMT的基础上,引入新的波形钢腹板与混凝土顶底板变形协调关系,将适用于钢筋混凝土构件纯扭转分析的TS-STMT模型和SMMT模型扩展到单箱单室波形钢腹板组合箱梁纯扭性能全过程分析中。经对比,SMMT模型对扭转性能的预测结果优于TS-STMT模型,可更合理地描述钢筋混凝土单元在组合箱梁中的双轴应力应变状态并准确预测组合箱梁的扭转性能,为单箱多室波形钢腹板组合箱梁纯扭转分析模型的开发提供了理论基础。(2)在新设计的扭转试验装置上开展了单箱双室和单箱三室波形钢腹板组合箱梁的纯扭转试验,初步揭示了单箱多室波形钢腹板组合箱梁的抗扭机理。通过试验获得了组合箱梁在外加扭矩作用下的扭矩-扭率全曲线、混凝土顶底板裂缝分布规律、波形钢腹板的破坏模式、混凝土顶底板与波形钢腹板剪应变的变化规律以及钢筋轴向应变的变化规律,为单箱多室波形钢腹板组合箱梁的有限元分析模型和理论分析模型的建立提供了试验依据。(3)采用有限元软件ABAQUS建立了单箱多室波形钢腹板组合箱梁的有限元模型,明确了混凝土本构模型中损伤因子的确定方法,有效模拟了波形钢腹板组合箱梁在纯扭矩作用下的力学行为,进一步揭示了该类结构在纯扭矩作用下的抗扭机理。参数化分析结果表明,在给定范围内,抗扭承载力与横向钢筋配筋率、波形钢腹板的厚度、屈服强度以及横向位置分布近似成线性比例关系,同时可以近似认为抗扭承载力随着混凝土抗压强度和腔室数(2~10室)的增加而线性增大。有限元分析结果表明,离扭转中心越远的腔室内的混凝土顶底板外表面上的剪应变越小,而离扭转中心越远的波形钢腹板的剪应变越大,单箱多室波形钢腹板组合箱梁各波形钢腹板间的平均剪应变关系以及不同腔室内混凝土板间的平均剪应变关系均可近似用统一的拟合公式来表示,该公式为单箱多室波形钢腹板组合箱梁纯扭转分析模型的建立提供了研究基础。(4)提出了适用于单箱多室波形钢腹板组合箱梁纯扭转分析的SMMT统一模型,该模型可以较准确地预测不超过10室的单箱多室波形钢腹板组合箱梁的纯扭性能。同时,在理论分析和既有规范的基础上,提出了单箱多室波形钢腹板组合箱梁抗扭承载力的实用计算公式。基于中国《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)得到的抗扭承载力实用计算公式可用于单箱多室波形钢腹板组合箱梁的扭转设计和验算。(5)开展了有/无FRP加固单箱多室波形钢腹板组合箱梁的二次加载试验,得到了扭矩-扭率全曲线、混凝土顶底板和波形钢腹板的破坏模式、波形钢腹板剪应变的变化规律以及CFRP条带轴向应变的变化规律,初步揭示了有/无CFRP加固的单箱多室波形钢腹板组合箱梁二次加载时的抗扭机理。在SMMT统一模型的基础上,结合混凝土、钢筋和波形钢腹板在循环加载时的材料本构关系特征和CFRP加固对钢筋混凝土单元受力状态及材料本构关系的影响,建立了有/无CFRP加固单箱多室波形钢腹板组合箱梁二次加载时的纯扭转分析模型。经试验验证,该模型可预测单箱多室波形钢腹板组合箱梁及CFRP加固后在二次加载条件下的纯扭性能。试验和理论分析结果表明,应对组合箱梁全截面进行加固,以充分发挥混凝土顶底板和波形钢腹板的抗扭能力,保证整个截面能共同抵抗外加扭矩的作用。