预应力混凝土折线塔斜拉桥是一种新型的斜拉桥结构,其结构新颖,造型独特,具有良好的景观效果。沈阳市富民桥是世界上第一座也是至今为止唯一一座预应力混凝土折线塔单索而斜拉桥,其与直塔斜拉桥和斜塔斜拉桥相比,结构的受力和施工方法发生了很大的变化。本文以该桥为工程背景,对桥梁特殊结构的力学特点进行了理论分析,并利用现代有限元数值方法和模型试验方法,对混凝土折线塔斜拉桥的主要力学特性进行了分析研究。斜拉桥的主塔主要承受斜拉索传递的巨大轴力,同时承受一定不平衡荷载下的弯矩。但对于折线塔斜拉桥来说,由于主塔存在折角,在主塔轴线发生变化的折角处巨大的轴向力传递方向发生了变化,因此折角处将产生一较大水平向拉力,导致折线塔塔壁产生面外弯曲,因此国外已建折线塔斜拉桥均采用钢塔来解决折角处的应力集中等问题。本文从分析混凝土折线塔的受力特点出发,通过有限元数值分析和模型试验研究,对混凝土折线塔锚固区、主塔折角等关键部位的力学特性进行了分析研究。对国内外常见斜拉桥合理成桥索力和合理施工索力的优化方法进行了分析研究,比较了各种优化方法的优缺点。根据折线塔斜拉桥的静力平衡特征,给出预应力混凝土折线塔斜拉桥主要构件尺寸的设计方法,进一步采用最小弯曲能量法并结合假载法及内力平衡法来确定混凝土折线塔斜拉桥合理成桥索力。充分考虑到混凝土折线塔施工阶段的受力特点,确定主塔的浇筑顺序,采用最小二乘法对全桥进行正装迭代计算确定拉索初张力。分别采用反应谱法和时程分析法,对同等跨径下的预应力混凝土直塔斜拉桥和预应力混凝土折线塔斜拉桥在支承体系和不对称体系下的抗震性能进行了分析研究。分析结果表明预应力混凝土直塔斜拉桥和预应力混凝土折线塔斜拉桥动力特性基本吻合,主塔造型的改变对斜拉桥的动力特性的影响比较小。不对称体系频率计算值普遍高于支承体系,不对称体系斜拉桥整体刚度大于支承体系,两种体系在地震荷载作用下,塔顶位移和梁端位移相差不大,因此,采用不对称体系可以省去其中一个主塔下造价昂贵的大吨位支座,并且有利于桥梁的日后维修养护工作依据相似理论,结合沈阳市富民桥特点,对全桥施工阶段受力情况进行全过程模拟试验及成桥后荷载试验。实测了施工过程和成桥后在各种荷载作用下主梁及主塔控制截面应力和斜拉索索力。试验结果表明本文提出的预应力混凝土折线塔斜拉桥索力确定方法确定的成桥索力和初张力,能保证折线塔主梁、主塔各控制截面应力均能满足规范要求,且实测索力与理论计算索力吻合较好,可保证桥梁正常运行。