目前钢管桁架拱和实腹式钢拱已经在大跨度工程中有比较广泛的应用。人们对它们的平面外稳定理论研究甚少，平面外稳定设计方法尚未完全建立。本文全面系统的研究了桁架拱和带支撑实腹式拱的平面外弹性屈曲和弹塑性稳定理论，建立了两者的平面外稳定承载力设计方法。由于钢管桁架拱的格构式截面特性，其平面外稳定性能相比实腹式拱更加复杂。本文首先分析了格构式截面剪切变形对桁架拱平面外变形的影响，在此基础上建立了纯压、纯弯桁架拱的平面外弹性屈曲荷载计算公式；其次采用大挠度弹塑性有限元方法，通过引入桁架拱的纯压正则化长细比和纯弯正则化长细比，分别建立了纯压和纯弯桁架拱的平面外弹塑性稳定设计方法；研究了杆件的变形对桁架拱平面外相关稳定性能的影响，并通过两个相关系数将该影响体现在稳定承载力设计方程中。依据有限元数值计算结果，提出了常见荷载工况下桁架拱的轴力和弯矩稳定承载力相关方程，可用于矩形截面和倒三角截面桁架拱平面外弹塑性稳定设计。采用能量法研究了带支撑拱的平面外弹性和弹塑性受力特点，参考带支撑柱的稳定理论，得到了带支撑拱的弹性和弹塑性门槛刚度理论解及近似解；建立了拱脚为弹性支承时，钢拱的平面外弹性屈曲荷载计算公式，在此基础上得到了支撑沿拱轴线非均匀分布时，相邻拱段间的相互约束作用和支撑间拱段的平面外稳定性能；研究了不同初始几何缺陷分布模式对带支撑拱平面外稳定承载力的影响，并获得了对应于最低稳定承载力的最不利初始几何缺陷；最终提出了带支撑钢拱的平面外稳定设计理论和支撑布置方法。根据钢拱的平面外失稳变形特点，提出了一套专门用于研究钢拱平面外稳定性能试验的加载装置。进行了9根实腹式截面钢拱的平面外稳定试验，研究了拱脚条件、截面类型、矢跨比、长细比、初始几何缺陷以及加载方式等多个因素对钢拱平面外弹塑性稳定承载力的影响，并采用有限元方法对以上结论进行了验证。为拱形结构平面外稳定承载力设计方法的建立提供了试验依据。