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大跨度斜拉桥近几十年来得到了快速的发展,随着斜拉桥跨度的不断增加,斜拉索的索力也逐渐提高,这对桥塔设计提出了新的挑战。而作为斜拉桥桥塔关键部位之一的索塔锚固区,其结构设计的合理性与安全性对整个桥梁的稳定与运营都起到了重要的作用。然而,索塔锚固区结构复杂,传力机理不明确,这给桥梁设计人员造成了较大的设计困难。对于斜拉桥索塔锚固区设计而言,目前并没有理论设计和方法提供参考,导致在实际工程运用中,通常采用的做法是模型试验和大型空间有限元计算来验证设计结果,这不仅降低了结构设计的效率还需要消耗大量的金钱。本文从拉压杆模型设计角度出发,采用拓扑优化的方法,以曹娥江大跨度斜拉桥为工程背景,探究了单箱双室索塔锚固区的理论设计方法,为斜拉桥索塔锚固区结构设计提供有效的理论参考和技术支持。本文主要完成的工作和创新成果如下:（1）本文详细介绍了渐进结构优化（ESO）算法,并利用传统的ESO算法得到了单箱双室索塔锚固区的拉压杆模型,通过与有限元分析得到的结构的主应力流分布进行对比,发现了其构建的拉压杆模型不合理。针对此现象本文详细分析了传统ESO算法不适用单箱双室索塔锚固区的原因。之后,详细解析了ESO算法的删除准则,对ESO算法进行改进,并利用改进后的ESO算法对单箱双室索塔锚固区进行了拓扑优化,得到了结构新的拉压杆模型,通过对比结构的主应力流分布,发现新的拉压杆模型符合结构的主应力流分布,具有一定的合理性。同时,本章为了进一步的验证新的拉压杆模型的合理性,建立了结构的裂缝扩展模型,通过对比裂缝位置与拉压杆模型中拉杆的布置进一步证实了基于改进ESO算法得到的单箱双室索塔锚固区拉压杆模型的正确性。这同时也是首次提出了单箱双室索塔锚固区结构的拉压杆模型。（2）为了证实本文给出的单箱双室索塔锚固区拉压杆模型在实际工程中可以得到应用,本文以曹娥江大跨度斜拉桥为工程背景,基于单箱双室索塔锚固区合理的拉压杆模型,给出了曹娥江斜拉桥桥塔单箱双室索塔锚固区的预应力钢绞线的配筋过程,确定了索塔锚固区的预应力钢绞线的需求数量和布置方式。设计人员可以仿照本文给出的计算过程对单箱双室索塔锚固区进行配筋计算。同时建立了单箱双室索塔锚固区的足尺试验模型验证了配筋结果的合理性。试验结果表明通过基于拉压杆模型得到的曹娥江索塔锚固区采用4束U型预应力钢绞线和6束直线预应力钢绞线的布置方式是合理的。同时,结构的足尺模型试验结果进一步说明了本文给出的单箱双室索塔锚固区拉压杆模型能够在实际工程得到应用。（3）大跨度斜拉桥桥塔的索塔锚固区结构的力学行为复杂,利用拉杆模型能够很好的分析其结构受力。本文详细分析了索塔锚固区结构尺寸参数变化对其拉压杆模型中重要拉杆内力影响情况,首先通过单箱双室索塔锚固区的裂缝扩展模型得到其拉压杆模型中的重要拉杆,然后统计了68座斜拉桥的混凝土索塔锚固区结构尺寸情况,并基于统计学的方法得到了其结构尺寸参数的取值范围。本文详细分析了结构尺寸参数对拉压杆模型中重要拉杆内力影响情况,推出单箱双室索塔锚固区结构在单参数影响下拉杆受力的经验公式。此外为了解决多参数共同影响的问题,提出了通过计算单参数影响因子的方法来计算在多参数影响下拉杆的内力。最后,通过一个算例验证了本文提出的拉杆内力经验公式的准确性。（4）基于最小应变准则,本文推导出了求解大跨度斜拉桥混凝土单箱双室索塔锚固区最优拉压杆模型的解析方程,并给出了最优拉压杆模型中拉杆内力计算的解析公式。首先,通过拉压杆模型中节点的平衡方程得到了拉杆内力关于拉压杆模型构型参数θ1、θ2、θ3、θ4和θ5的解析表达式,然后,通过详细分析拉压杆模型中拉、压杆之间的几何关系,得到拉压杆模型中拉杆长度关于拉压杆模型构型参数h、θ1、θ2、θ3和θ4的解析表达式。最后,基于最小应变能准则,通过求解偏微分方程组推出了求解大跨度斜拉桥混凝土单箱双室索塔锚固区最优拉压杆模型的解析方程,并通过一个工程实例验证了本章推出的求解单箱双室索塔锚固区最优拉压杆模型的解析方程的准确性。（5）本文在单箱双室索塔锚固区最优拉压杆模型的基础上,给出了单箱双室索塔锚固区的压杆宽度的计算方法,并构建了其宏模型（macro model）。在单箱双室索塔锚固区宏模型（macro model）的基础上,本文给出了预测结构极限承载能力和抗剪强度的方法。同时,基于曹娥江斜拉桥为工程背景,详细计算了其单箱双室索塔锚固区的极限承载能力,结构最大能承受的斜拉索索力为13455k N,结构的安全系数为2.07。由于拉压杆模型是基于塑性下限定理,因此,该预测值是相对保守的,适用于实际工程中。基于单箱双室索塔锚固区宏模型（macro model）本文首次提出了单箱双室索塔锚固区抗剪强度的概念,给出了单箱双室索塔锚固区抗剪强度预测的方法,通过计算给出了曹娥江斜拉桥单箱双室索塔锚固区的抗剪强度为8140.9k N。通过对曹娥江斜拉桥索塔锚固区极限承载能力和抗剪能力的预测,发现增加曹娥江大桥索塔锚固区结构的直线预应力钢绞线有利于提高结构的极限承载能力和抗剪能力。