千米级常规体系斜拉桥存在着主梁自重过大、桥塔过高等难题,已成为斜拉桥跨径进一步突破的技术瓶颈。为综合解决上述难题,提出了部分地锚交叉索斜拉桥新体系,即通过将部分长索在边跨地锚、中跨交叉的新理念,大幅减小拉索传给主梁的水平压力并降低塔高。为了验证超大跨径部分地锚交叉索斜拉桥(新体系)的安全性、可行性和经济性,本文对部分地锚交叉索斜拉桥与常规自锚斜拉桥进行了力学性能的比较分析,对新体系斜拉桥的施工方案、结构参数和经济性进行了较系统的理论和数值分析,对超长拉索、辅助索和交叉索索网的振动控制问题进行了探讨。主要研究成果如下:(1)在原理上论证了部分地锚交叉索斜拉桥能够解决制约斜拉桥跨径发展的瓶颈问题。新体系斜拉桥通过将中跨长索交叉、边跨长索地锚,不对主梁产生轴压力,可大幅度减小主梁的水平压力。交叉索倾角可适当减小,从而降低塔高。对新体系斜拉桥的施工方案进行了研究,通过在悬臂端架设牵引索,使施工阶段的主梁处于可控状态,且自锚梁段内轴压力不致增加。建立了新体系斜拉桥和常规体系斜拉桥的有限元分析模型,为后续研究提供了计算工具。(2)考察了主跨1408m常规体系斜拉桥和新体系斜拉桥成桥、运营和施工阶段的静力特性,分析了汽车荷载、温度作用、极限静风作用下结构响应。结果表明,根据恒载和活载考虑局部效应确定的主梁参数能满足温度、极限静风等计算要求。两种斜拉桥的静力稳定安全系数均大于4,且新体系的稳定安全系数大于常规体系40%以上。比较了常规体系和新体系的动力特征,新体系地锚索对索塔纵弯、主梁纵飘振型具有显著约束,但交叉索对主梁侧向弯曲的约束作用不显著。(3)对主跨1408m部分地锚交叉索斜拉桥的辅助墩布置、塔梁约束体系、交叉索区长度和跨高比进行了参数分析,得出了如下结论:(a)辅助墩设置较少,新体系主梁在汽车荷载作用下挠度较大,自锚索索力变化幅度大,容易引起尾索疲劳破坏;辅助墩设置过多,索塔处极限静横风效应较大。对部分地锚交叉索斜拉桥,辅助墩宜设置数量以2~3个为宜。(b)在温度作用下,刚结体系和弹性约束体系的塔底弯矩巨大。在纵向地震作用下,刚结体系和弹性约束体系的塔底弯矩大,阻尼约束体系则在塔底和上塔柱分支处有较大弯矩。结合静力约束体系和动力约束体系要求,部分地锚交叉索斜拉桥的约束体系宜选用飘浮体系或半飘浮体系。(c)交叉索梁段长的增加具有如下影响:主梁恒载轴压力减小;汽车荷载作用下主梁最大正弯矩和最大负弯矩均减小,中跨跨中竖向挠度有小幅度增加;极限静纵风作用下塔底弯矩增加;极限静横风作用下主梁横向位移和竖向弯矩无明显变化;低阶自振频率增加,振型顺序发生变化。(d)跨高比增加使主梁恒载轴压力显著增加;汽车荷载作用的跨中挠度增大;极限静纵风作用下的塔底弯矩和地锚索平均索力变化值减小;低阶自振频率增加。(4)针对超大跨径部分地锚交叉索斜拉桥拉索的振动问题,探讨了三类抑制振动措施:(a)采用半主动控制的梁端阻尼器制振效果优于采用被动控制的梁端阻尼器。但是,梁端阻尼器对拉索跨中的振动抑制效果有限,还需结合其它措施。(b)辅助索—拉索索网体系对提高索面刚度效果明显。曲线辅助索和直线辅助索制振效果相差很小。辅助索索网不仅能提高面内振动频率,亦能通过辅助索牵连提高面外振动频率。当辅助索道数小于5道时,增加辅助索对提高索面刚度作用显著,但多于5道时,作用效果提升不明显。辅助索面积(张拉力)增加可提高索面刚度,特别对高阶振型有效。(c)拉索交叉点布置被动控制阻尼器和半主动控制阻尼器时的阻尼比相比于无阻尼器方案有大幅提高,且以半主动控制方案最佳;另外,部分交叉点布置阻尼器方案优于全部交叉点均布置阻尼器方案。(5)与常规自锚式斜拉桥和单跨地锚悬索桥相比,新体系斜拉桥的经济性具有以下特征:(a)新体系斜拉桥的最优跨高比约为5.5~6.0。(b)新体系斜拉桥的经济跨径约为900m~2100m。(c)跨径1000~2200m新体系斜拉桥最优交叉索区长度与跨度之比约为0.1~0.28。