无支架缆索吊装技术作为大跨径拱桥建设常用的施工方法,施工中发挥着其巨大的潜力,索塔作为缆索吊装中重要承力结构,越来越引起桥梁建设者的重视。现如今国内外关于缆索吊装设计研究较为充分,取得了丰富的研究成果,而单独对索塔的力学性能进行系统的理论分析、数值计算的研究较少,依据不同类型拱桥缆索吊装的最大跨径与设计最大吊重,能快速的设计出最合理的索塔研究仍有待深入。本文开展缆索吊装中索塔设计关键研究,综合考虑缆索吊装系统中缆、扣塔布置形式、腹杆拼装方式、有铰和无铰等因素,对钢管与万能杆件索塔进行选型的研究,并对索塔设计中的关键技术进行了探讨。将索塔设计关键应用于缆索吊装索塔工程中,从总体宏观上把控索塔设计的正确性,是一项具有工程实用价值的研究课题。本文在总结了缆索吊装索塔的结构受力特点与拼装杆件形式的基础上,从理论分析、有限元计算两个方面开展探索。对于索塔稳定性问题,采用欧拉临界公式计算临界荷载与有限元仿真结果进行对比,给出两种类型索塔结构稳定系数的参考取值,并根据“稳定”准则推导出钢管索塔分肢宽度计算表达式。对于索塔强度与刚度问题,推导在竖向力、水平力作用下塔柱设计的计算表达式,以利于从理论上对索塔进行选型。本文主要研究内容如下:(1)详细介绍了钢管与万能杆件索塔设计关键技术。从单肢实腹式结构理论设计出发,分别对四肢、六肢、八肢等多肢杆件索塔设计进行研究,通过改变索塔的腹杆形式、边界条件、横梁布置形式等条件下,分析索塔设计强度、刚度及稳定性,对钢管、腹杆体系及分肢宽度提出合理化设计建议,并对不同腹杆体系钢管与万能杆件索塔承受的设计荷载做出规定。以钢管索塔理论设计为基础,运用MATLAB软件编程,开发控制索塔设计程序。(2)详细介绍了门型塔设计关键技术。利用有限元软件建立钢管与万能杆件门型塔有限元模型,通过改变门型塔不同横梁布置形式、截面分肢个数、荷载作用位置进行强度与特征值屈曲分析。结果表明,一般情况下,门型塔最不利荷载位置出现在单塔塔顶处,设计荷载按单塔设计取值;门型塔横梁布置形式对索塔的强度影响很小,仅对平面内稳定性有较大的影响,建议四肢与六肢万能杆件索塔每个30m设置一处,九肢每隔40m设置一处,钢管横梁设计与截面惯性矩有关。介绍缆风索设计关键技术,推导出缆风索选型和初始张拉力实用计算方法,对缆风索设计和验算提供建议。(3)重点阐明了索塔设计关键技术在工程实例中的应用过程。运用钢管与万能杆件索塔关键技术,建立不同类型有限元分析模型,对比各索塔设计的强度、刚度及稳定性要求,并综合考虑索塔的结构形式受力、经济成本及施工技术三个方面,最终制定出索塔选型设计标准,为选择最合理的设计方案提供新思路。