独塔钢斜拉桥具有布置灵活、造型美观的特点,已被广泛地运用在桥梁工程当中,但国内外对于该桥梁体系的研究至今还比较鲜见,设计人员在对独塔钢斜拉桥进行设计时往往难以入手,甚至进入设计误区,导致建成后的桥梁病害频发。本文从一座建成独塔钢斜拉桥的病害入手,对比分析了与其同期完工、造型近似的独塔钢斜拉桥——前者运营过程当中病害频发,后者运营阶段完好。究其根本是二者体系方面的差异:索面形式不同、有无辅助墩、主梁选材不同和塔梁连接形式不同。本文以此为主线,主要研究了独塔钢斜拉桥主梁扭转和单双索面适用界限问题、辅助墩设置及其位置优化、主梁选材方式和塔梁连接形式对全桥的影响,补充和完善了独塔钢斜拉桥体系的设计理论。本文主要章节都采用从特殊到一般的分析方法,首先利用Midas模型分析背景工程独塔钢斜拉桥的力学特性,指出该桥体系设计不合理之处;再进行大量的建模工作,并结合统计分析软件SPSS总结和归纳一般独塔斜拉桥力学特性的规律,提出用于指导独塔钢斜拉桥体系设计的理论方法。在此研究框架下,本文研究发现偏载作用下扭转正应力以主梁中心线为中心大致反对称分布、扭转剪应力由加载侧向远离加载侧逐渐减小,利用正交试验和方差分析确定跨长和索面形式是影响主梁扭转的显著因素,利用量纲分析和结构方程法,得到了单、双索面主梁扭转角的函数表达式,获得了定量确定单、双索面适用界限的方法;利用多目标优化法和回归分析,得到独塔钢斜拉桥辅助墩最优设置位置估计公式,利用方差分析和回归分析,证明和拟合出独塔钢斜拉桥竖弯基频估计公式,并验证可行;设置对照试验,研究主梁材料的对全桥力学特性的影响,获得主梁材料非对称布置的独塔斜拉桥体系影响规律,确定独塔斜拉桥主梁材料的选用原则;通过多组对照试验,研究不同塔梁连接边界形式对全桥的影响规律。本文从独塔钢斜拉桥体系的力学特性出发,通过大量模型分析和统计分析得到可以用于指导独塔钢斜拉桥体系设计的理论,补充和完善了体系分析方法。