目前,国内外掀起了一股跨海连岛大桥的建设热潮,为了避免修建深海深水基础,并满足50万吨级的轮船通航要求,需修建4000～5000米的超大跨径海峡大桥。针对超大跨径悬索桥的需求,依据二次直纹曲面方程,本文提出单叶双曲面混合空间缆索悬索桥和双曲抛物面混合空间缆索悬索桥两种新桥型,空间缆索结构体系可提高超大跨径悬索桥的抗侧刚度和抗扭刚度,提高其抗风稳定性。本文以琼州海峡大桥为工程背景,进行超大跨径空间缆索悬索桥的几何构形研究、工程参数设计、内力分析、动力模态和抗风稳定性研究,以验证混合空间缆索悬索桥的优势。本文的主要研究成果如下:制作15m单叶双曲面空间缆索悬索桥的缩尺试验模型,进行了不同荷载模式下的力学性能试验研究。试验结果表明:竖向加载条件下,单叶双曲面空间缆索悬索桥的竖向位移较平行缆索悬索桥减小,竖向刚度略有提高,空间缆索的各主缆间协同工作,应力分配均匀;水平加载时,由于空间索网的侧向约束作用,水平位移较平行缆索悬索桥明显减小,抗侧刚度有较大提高。偏载作用下空间缆索悬索桥加劲梁产生的扭转角较小,大幅度提高了抗扭刚度,空间缆索悬索桥具有良好的空间整体性。建立5000m级单叶双曲面混合空间缆索悬索桥的有限元模型,进行静力荷载结构受力性能、动力模态特性及抗风稳定性研究,结果表明:对比于平行缆索悬索桥,单叶双曲面混合空间缆索悬索桥的扭转频率和扭弯比均有大幅度的提高,扭转频率为平行悬索桥的2.5倍,扭弯比达到了2.88,约为平行悬索桥的236%;其侧倾失稳、扭转发散及颤振失稳的临界风速数值分别达到180.0m/s、143.91m/s、91.21m/s,平行悬索桥的相应数值分别为111.33m/s、57.94m/s、20.83m/s,单叶双曲面混合空间缆索中的钢丝缆索和碳纤维空间缆索协同工作,大幅度提高了抗风稳定性。以琼州海峡跨海大桥为工程背景,依据双曲抛物面直纹性,提出5000m级琼州海峡双曲抛物面混合空间缆索悬索桥的设计方案,平行钢丝主缆承担竖向荷载,碳纤维空间辅助缆索提高超大跨径悬索桥的空间刚度,优势互补,协同工作,具有结构空间刚度大、施工方便和抗风稳定性好等优点。建立ANSYS有限元分析模型,进行动力模态特性及抗风稳定性分析,研究表明:双曲抛物面混合空间缆索悬索桥的扭转频率为平行悬索桥的2倍,扭弯比约为平行悬索桥的195%,其侧倾失稳、扭转发散及颤振失稳临界风速分别达到156.55m/s、112.96m/s、71.18m/s,较平行悬索桥分别提高40.6%、95.0%及241.7%。为进一步提高双曲抛物面混合空间缆索悬索桥的颤振抗风稳定性,提出了强台风临时附加抗风缆索技术措施,可确保5000米级琼州海峡跨海大桥具有抵御20级超级台风的能力,为建造琼州海峡跨海大桥提供了重要的技术依据。