随着我国预应力混凝土波形钢腹板箱梁应用的广泛展开,众多学者对其在各种受力状态下的力学性能进行了广泛的研究,通过理论分析,有限元法数值仿真和模型试验探讨了预应力混凝土波形钢腹板箱梁的结构性能。学者们在对预应力混凝土波形钢腹板箱梁的受力性能进行研究时外部荷载多为集中力和均布力,而对预应力作用下箱梁的整体受力特性以及剪力滞效应方面的研究集中在等效荷载的方法上。本文以预应力混凝土波形钢腹板箱梁桥的比例模型梁为研究对象,在总结国内和国外研究成果的基础上,通过模型试验与ANSYS有限元分析,系统地研究了混凝土波形钢腹板箱梁桥在预应力作用下的力学性能,推导了该类型桥梁结构考虑预应力效应的应力及挠度计算公式。论文的主要工作如下:进行了混凝土波形钢腹板简支箱梁在预应力作用下的模型试验研究,系统地测试了模型梁在预应力作用下的力学性能,通过模型梁试验结果和ANSYS有限元数值仿真结果的对比分析,揭示了模型梁在预应力作用下的力学性能。比较了模型梁跨中截面顶板和底板试验实测值与有限元数值仿真的应力,结果表明两者吻合良好,得到了模型梁关键截面的正应力分布。比较了模型梁跨中截面试验实测值与有限元数值仿真的挠度,结果表明两者误差很小,得到了模型梁关键截面的挠度分布,为该型桥梁结构在工程上的应用提供了参考依据。假定箱梁剪力滞翘曲函数为三次抛物线函数模式,根据最小势能原理,利用能量变分法推导出波形钢腹板箱梁在预应力作用下的剪力滞控制微分方程以及边界条件,并给出了不同预应力束线形的应力解析解表达式;建立了模型梁ANSYS精细化有限元数值分析模型,通过精细化有限元数值仿真、利用能量变分解析解以及模型试验实测结果,对比分析了混凝土波形钢腹板简支箱梁在预应力作用下顶板和底板的应力分布。利用能量变分法推导出的剪力滞控制微分方程,代入位移控制微分方程,并根据位移边界条件,给出了不同线形预应力作用下的简支梁和悬臂梁的位移解析解表达式;通过有限元数值模拟、利用能量变分解析解以及模型试验,对比分析了混凝土波形钢腹板简支箱梁在预应力作用下的挠度分布规律;通过数值分析、解析解求解对比分析了混凝土波形钢腹板悬臂箱梁在预应力作用下的挠度分布;研究了波形钢腹板剪切变形对挠度的影响。波形钢腹板箱梁在外荷载作用下梁体与预应力筋共同变形。梁体对预应力筋施加了一个与其变形方向一致的力。依据作用力与反作用力,预应力筋对梁体施加了一个与其变形方向相反的力,等同于增加了一个附加弯矩。以在均布荷载作用下的波形钢腹板简支箱梁为例,利用能量变分法推导出考虑预应力影响的剪力滞控制微分方程,该方程为四阶常系数非齐次线性微分方程,将其代入位移控制微分方程,并根据位移边界条件,得出了考虑预应力影响的位移解表达式,通过算例对比分析了预应力对模型梁应力和位移的影响。提出了预应力筋的工作拉力概念,预应力筋长度随预应力筋的振动而发生改变,预应力筋的工作拉力随预应力筋长度的变化而变化。在此基础上根据Hamilton原理,运用能量变分法推导出简支梁在预应力作用下的竖向振动微分方程,并推导出了预应力对自振频率影响的解析表达式。以能量变分法结合Hamilton原理推导出波形钢腹板简支箱梁桥在预应力作用下考虑剪力滞效应的竖向振动微分方程,推导出了预应力和剪力滞效应对自振频率双重影响的解析解。从理论上证明了预应力可以提高波形钢腹板简支箱梁的自振频率,这一结论得到了众多工程实践的验证,其竖向自振频率变化不仅与预应力的大小有关,而且与剪力滞效应以及剪力滞与预应力作用的耦合效应有关。对模型梁在不同预应力形式作用下的自振频率进行了测试和理论分析,结果表明预应力可以提高试验梁的自振频率,理论分析结果得到了模型试验的验证,实测的频率增幅略大于理论分析的频率增幅。