三峡垂直升船机最大提升高度113m,承船箱有效尺寸120m×18m×3.5m、总重11800t,是当前世界上最大的升船机。由于规模宏大、运行条件复杂,三峡垂直升船机所涉及的理论和技术十分复杂。本文主要研究三峡垂直升船机的重要组成部分上闸首和塔柱结构设计中的一些关键技术问题,包括:上闸首结构分缝技术与缝面应力计算、上闸首结构稳定、上闸首底板配筋、塔柱结构型式与设计参数确定等。主要工作及理论创新点如下: (1)运用接触面单元理论,建立起了键槽传剪本构模型,并由此提出了一种能合理计算键槽受力特性的计算方法,从理论上解决了三峡垂直升船机上闸首分块施工对结构整体性的影响问题。(2)以刚体极限平衡理论为依据,提出了6 种概化计算模式与相应的安全判据,合理地模拟了上闸首复杂的地质条件,解决了上闸首稳定分析的方法问题。(3)提出承载能力极限状态计算采用“应力图形法”、正常使用极限状态验算采用钢筋混凝土有限单元法的非杆系结构配筋设计方法,运用此方法计算了上闸首两种配筋方案(钢筋混凝土结构与预应力混凝土结构)在不同配筋量或预应力吨位下的裂缝宽度,提出了三峡上闸首宜采用预应力混凝土设计方案,并且首次进行了超大型闸首结构的预应力设计。(4)通过塔柱结构受力特性及工程量的分析,提出三峡垂直升船机的塔柱结构型式宜选择全筒式方案,指出在满足板跨中挠度限值条件下,塔柱顶板厚度应尽可能地减小,以减小塔顶质量,降低风振和地震效应,给出三峡升船机塔柱结构的设计原则和设计参数。