中国川藏铁路正在大力建设中,其中桥梁占比尤为突出。钢管混凝土拱桥在刚度、耐久性、经济方面的优势令其在西藏高原地区公路和铁路中具有广泛的应用前景。温度计算理论是钢管混凝土拱桥设计理论的重要组成部分,但是目前相关研究绝大多数采用数值模拟方法对平原地区钢管混凝土拱桥进行分析,所得结果存在未考虑西藏高原高寒地区气候特点影响、未考虑超大跨度时结论的适用性、缺乏足够试验数据验证等问题。因此,本文依托目前世界最大跨度铁路钢管混凝土拱桥——拉林铁路藏木特大桥,针对西藏地区独特气候下的典型温度场和温度效应问题展开较为深入的理论分析与试验研究。论文主要工作内容及成果如下:1.西藏高原地区日照辐射影响的计算方法研究以藏木特大桥所处的山南市为例,对西藏高原地区的气候特点进行研究,发现该地区气候呈现出年平均气温低、年气温变化小、日气温变化大、太阳辐射强、日照时间长、降水少、风力大等特点。然后,结合当地实测气象数据,提出该地区的年气温变化函数和极端日气温变化函数,并确定了日照辐射影响的计算方法,为分析该地区钢管混凝土拱桥温度问题提供了温度边界条件。2.低温条件下大直径钢管混凝土水化热温度场试验及预测模型研究在恒温温度试验箱内进行了低温环境下不同直径钢管混凝土的水化温度场试验,结果表明大直径钢管混凝土水化热具有大体积混凝土的特点,且在配合比、外部环境等因素不变情况下,直径越大,核心混凝土温升越大,内外温差越大。实桥水化热测试再次验证了上述结论。对比实桥与温度箱水化热试验结果发现,夏季日照及高温会引起比冬季更高的水化热温差。根据试验及有限元分析结果,提出大直径钢管混凝土水化温度及内外温差的预测模型,并利用文献试验结果验证了其准确性。基于预测模型进行分析,提出了管内混凝土开始灌注最佳时刻的计算公式及冬季施工相关措施。研究成果解决了多因素影响下钢管混凝土水化热温度时变规律难以确定的技术难题,对不同环境下,尤其是高原气候条件下的钢管混凝土拱桥管内混凝土施工具有较强的借鉴和指导意义。3.西藏高原地区大直径钢管混凝土拱肋日照温度场试验及温度荷载计算参数取值研究在藏木特大桥桥位处开展了大型试验拱肋节段长期连续日照温度场试验以及藏木特大桥实桥日照温度场长期测试,该试验为国内外同类试验中气候条件最复杂、数据最多、试验时间最长的试验之一。试验结果可知,主拱截面日照温度场分布及变化呈现非均匀分布、非线性变化特性。主拱截面内部温度随日气温变化较小;主拱截面平均温度与日平均气温更接近,与气温相差较大。分析表明,西藏高原地区的钢管混凝土拱桥计算合龙温度应根据有限元方法反算确定,无条件实测水化热温度时《CFST拱桥技术规范》中计算公式依然适用;最高有效温度建议取最高气温当天的日平均气温加2℃,最低有效温度建议取最低气温当天的日平均气温减2℃;研究认为桁式主拱上、下弦杆梯度温差可忽略,该温度效应同样可忽略不计;单管日温差影响范围建议取25cm,截面上、下缘最高温度分别取16℃和10℃,单管梯度温差效应较大不可忽视。基于差分法原理,编写了钢管混凝土拱肋温度场专用分析程序,并利用ANSYS精细化分析结果验证了其精确性。研究结果能够补充和修正中国规范中钢管混凝土拱桥温度效应设计计算的相关内容。4.西藏高原地区大跨度钢管混凝土拱桥温度效应及计算方法研究建立了包含和不包含拱座的两种藏木特大桥全桥有限元模型,计算得到了该桥在不同温度参数取值下的温度效应。然后,将有限元分析结果与实桥实测结果进行对比分析,结果表明,采用本文提出的温度参数取值以及包含拱座的有限元模型计算结果更准确。因此,提出了采用本文建议温度荷载计算参数及优化计算模型进行分析的温度效应计算方法。该方法解决了大跨度钢管混凝土拱桥温度荷载计算参数及模型的合理性、温度效应的准确性难以界定的技术难题,为规范西藏高原气候条件下的大跨度钢管混凝土拱桥温度效应设计计算提供了有力的支撑。进而分析了主拱与拱座刚度比对钢管混凝土拱桥温度效应的影响机理和影响规律,研究表明主拱与拱座的刚度比是影响温度效应计算结果的主要原因。