拱结构拥有跨越能力大、承载能力高、造型多样与美观等特点,被广泛应用于国内外大型桥梁工程和建筑工程领域中。然而拱结构以受压为主易失稳,拱的稳定性问题往往成为结构设计的关键。本文综合采用理论推导、数值分析和模型实验手段展开了在拱顶集中力作用下,整体温升对拱的面内弹性非线性失稳的机理研究:(1)圆弧拱面内非线性失稳临界温度的理论推导。基于最小势能原理推导了圆弧拱在均匀温度场和拱顶竖向集中力耦合作用下的面内非线性平衡微分方程和失稳平衡微分方程,通过求解微分方程,得到了圆弧拱在温度场下极值点失稳和分岔失稳解析解,描绘了拱在耦合荷载作用过程中的弹性非线性变形;并利用有限元数值模拟分析与实验研究验证了理论推导结果的正确性。(2)圆弧拱面内非线性失稳参数化分析。分析了不同均匀温度场和不同矢跨比下,圆弧拱发生几何非线性失稳的临界荷载的变化趋势;探讨了非线性失稳行为随温度场、失跨比和几何参数的变化规律,阐明了圆弧拱在失稳过程中内力与位移的变化规律。发现铰接圆弧拱的非线性失稳行为十分复杂,具有多极值点的特征;而固接圆弧拱只有上下两个极值点;因此相比固接圆弧拱,铰接拱的非线性失稳行为更复杂。(3)圆弧拱面内非线性失稳实验研究。设计了固接圆弧拱在力与温度耦合作用下面内非线性弹性失稳的实验方案,完成了矢跨比为1/8、1/10、1/12、1/14圆弧拱在不同温度下的面内失稳实验,提出了整体温升温度场与拱顶集中力下的位移控制加载方法;实验结果表明,当温度小于80℃时,发现固接圆弧拱在力与温度耦合作用下的平衡路径出现了正对称失稳形态,与理论分析描绘的极值点失稳现象非常吻合。