弧形钢闸门是水利水电工程中最普遍的闸门型式之一,因其流线型弧面及无门槽结构水流流态好、泄流能力强,加之长力臂旋转开启启闭省力、运转灵活可靠等突出优点,表孔弧形钢闸门在高坝大库建设中作为首选的结构形式;随着我国生态水利及江河湖泊治理工程的快速发展,低水头弧形钢闸门在大型表孔拦河闸及通航工程中应用也非常广泛,由于管桁式表孔钢闸门施工方便、整体刚度大、承载能力高、稳定性好的特点正好满足了表孔弧门设计中自重轻、稳定好的这一特殊要求,并且圆管截面流体动力特性好、受力对称、不易积水锈蚀受到业界的普遍推崇,而树状支臂新型弧门结构形式支撑面积大,基于此本文集中这两种结构的优点提出了一种大型管桁式空间树状支臂弧门结构新形式,探明这种新型弧门设计理论与优化设计方法极为必要。本文针对树状柱结构某杆件的失稳对结构整体稳定性能的影响、结构稳定性能对树状结构找形方面的影响,以及管桁式弧门树状支臂的最优结构布置等问题进行了数值计算和优化分析。主要研究内容如下:(1)从荷载-挠曲位移法和能量法研究了多杆件结构失稳判定准则,探究了树状结构分支与主干同时失稳的判别方法。(2)对均布荷载作用下的二分叉树状柱结构和多级分支树状柱结构的整体稳定性能进行有限元分析,讨论分析树状结构形态布置问题,基于逆吊递推找形法使结构合理受力的同时对树状结构进行考虑稳定性的形态布局优化研究,为空间树状结构找形提出建议。(3)对大跨度管桁式表孔弧形钢闸门空间树状支臂结构进行了考虑稳定性的参数布置优化分析,进一步对该空间树状支臂弧门的动力特性进行了研究,为这一新型弧门结构的应用提供理论基础。(4)将树状柱结构应用于大跨度平开弧形钢闸门结构,基于ISIGHT多学科参数优化平台对树状支臂平开弧门的结构布置进行研究,并对最优布置平开弧门结构的动力特性进行分析,以期为这种同时满足挡水与通航要求的弧形结构形式提供新的参考。