基于模型试验、有限元分析以及施工监控，对预应力张弦梁的设计理论与旌工控制进行了较为深入的研究。主要研究工作包括：(1)探讨了预应力张弦梁的挠度限值、有效预应力以及下弦钢索的安全系数等设计原则问题，提出了有关设计建议。在此基础上，基于有限元软件ANSYS对上海源深体育馆预应力张弦梁的矢跨比、上弦截面尺寸与钢索面积等主要设计参数进行了分析优化，并采用一阶方法对钢索的有效预应力进行了优化设计。以优化后的结构方案为原型，通过缩尺模型试验和非线性有限元分析，对预应力张弦梁在张拉阶段、正常使用阶段以及承载力极限阶段的全过程受力性能进行了研究。结果表明，上海源深体育馆预应力张弦梁结构具有良好的受力性能和较大的安全储备，非线性有限元计算值与试验结果吻合良好。(2)对100m跨预应力张弦式管道的矢跨比、垂跨比以及上、下弦截面等关键设计参数进行了有限元分析与优化，并对该结构在不同支承条件下的非线性稳定性进行了研究。以优化后的设计方案为原型，通过1：15缩尺模型的预应力张拉与加载试验，进一步地研究了张弦式管道的全过程受力性能。结果表明：半跨荷载工况在张弦式管道设计中起控制作用；张弦式管道对平面外的几何缺陷较为敏感，通过合理地设置侧向斜撑可以保证结构的平面外稳定性；有限元计算值与试验结果吻合良好。(3)基于瑞利—里兹法推导了预应力张弦梁在弹性阶段的结构变形与内力的计算公式以及结构极限承载力的计算公式。与模型试验结果以及非线性有限元分析结果的对比表明，本文公式具有较高的计算精度。(4)对大跨度预应力张弦梁常见的施工方法及其特点进行了总结与分析。研究了预应力张弦梁的结构找行、下弦钢索张拉力的优化、关键施工状态下结构的受力性能分析与稳定性分析等施工控制中的关键技术问题。在此基础上，对上海源深体育馆预应力张弦梁施工过程进行了有限元模拟与施工监控研究。结果表明：上海源深体育馆预应力张弦梁结构在施工过程中安全，结构变形与构件截面应力均满足设计要求，受力性能良好。(5)对已有的双向预应力张弦梁模型试验进行了非线性有限元模拟，对结构在竖向荷载作用下的传力机制以及极限承载力进行了初步的探讨。此基础上，对下弦的垂度、上弦截面以及下弦面积进行了参数分析。结果表明：双向预应力张弦梁的荷载在两个方向上的分配与各方向上张弦梁的整体刚度有关；适当地增大下弦垂度和下弦面积可以有效地改善结构的受力性能。