随着大跨径设计理论日益完善、高强度材料应用、缆索吊装斜拉扣挂悬臂拼装施工方法成熟应用,大跨度钢管混凝土拱桥日益盛行,重新进入到大跨径桥梁比选方案中,国内学者也对700m级钢管混凝土拱桥设计与建造可行性进行研究。然而不管理论及建造技术如何发达,跨径都难以无止境增长,则钢管混凝土拱桥跨径达到多大限度不再纳入到方案比选中,是桥梁设计者们关注的问题。本文旨在通过有限元分析的方法研究钢管混凝土拱桥的极限跨径,分析制约钢管混凝土拱桥极限跨径发展的主要因素,建立极限跨径与管径、桁高、壁厚等因素的计算公式,具体研究如下:(1)通过对大跨度钢管混凝土拱桥结构与构造形式调查与分析、制约跨径增长因素定性分析,基于符合现有设计理论、加工制造水平、施工方法的拟定原则,确定极限跨径研究过程中采用的结构与构造形式、研究变量及其合理变量范围,并拟定结构强度、刚度、稳定性、施工可行性等限制条件。(2)拱桥合理拱轴线形的选取对其主拱截面的内力分布和大小、结构承载能力及稳定性都起着至关重要的作用,为此极限跨径研究过程应选取合理的拱轴线。通过对大跨径钢管混凝土拱桥拱轴线的调查以及定性分析,确定极限跨径研究过程选取的拱轴线,并阐述合理拱轴系数优化方法,对其在大跨径钢管混凝土拱桥适用性进行分析,得出后续研究过程合理拱轴系数优化方法。(3)针对大跨径桁式钢管混凝土拱桥建模复杂性、多参数变化极限跨径研究迭代过程繁琐,提出一种通过数个结构参数控制的桁式钢管混凝土拱桥参数化建模程序,通过MATLAB程序和Midas/CIVIL中MCT命令相结合,实现可变参数化建模,有效提高研究效率。(4)基于结构强度、刚度、稳定性的限制指标,研究管径、壁厚、桁高单参数变化下与对应极限跨径的影响趋势,通过有限元分析计算各组参数对应的极限跨径值与最优的拱轴系数,为下文建立极限跨径响应面模型提供部分样本点数据,然后按拟定步长增加各变量取值,从而得出各研究变量与极限跨径的变化趋势。(5)针对钢管混凝土拱桥极限跨径找寻过程穷举计算工作量大、迭代时间长的问题,提出了基于响应面法的极限跨径求解方法,用响应面模型代替复杂的有限元模型,结合试验设计、响应面模型、优化算法建立基于响应面法的极限跨径优化模型进行极限跨径求解,结果表明该方法能有效提高优化问题求解效率,对复杂工程问题优化求解适用性强。