钢管混凝土拱桥具有跨越能力强、造型美观和施工周期短等优点，在我国已得到越来越广泛的应用。伊通河大桥是无风撑中承式三跨系杆拱桥，其外观新颖独特，且半漂浮的结构体系、异形钢管混凝土拱肋断面和单拱肋加两副拱肋的拱圈形式在国内外均十分鲜见。有鉴于此，本文通过全桥和构件缩尺模型的静力试验和振动台试验以及实桥试验，对该大跨径异形钢管混凝土拱桥的静力性能和动力性能进行了较为深入系统的研究，并完成了包括施工控制和运营期健康监测的全寿命健康监测系统的研发，主要研究工作和成果包括以下几个方面。　　1.异形钢管混凝土拱桥静力性能和地震响应分析。分别采用通用有限元软件Ansys和专用有限元软件Midas/civil，建立了全桥空间有限元模型，对该异形钢管拱桥的静力性能和地震响应进行了数值模拟。结果表明，该钢管混凝土拱桥承载能力较高、安全储备较为合理;温度作用和汽车荷载对于拱肋、砼V构、砼箱梁、钢箱梁和吊杆等影响较大，而对系杆受力影响则很小，在运营期间，健康监测系统应着重对温度、交通状况及二者产生的效应进行监测;横桥向地震作用下，主拱肋需要进行平面内、外强度验算以及平面外的动力稳定验算;尽管只考虑了支座的非线性，在纵向和竖向地震输入时，主拱肋动力响应仍存在明显的“耦合”效应;考虑地震动行波效应时，纵向、竖向及纵向+竖向激励对主拱肋变形和受力影响较为显著。　　2.卷制焊接钢管混凝土构件受压性能试验研究。以该异形钢管拱桥为背景，完成了大比例尺卷制焊接钢管混凝土构件受压性能和尺寸效应的试验研究和数值模拟。结果表明，钢管混凝土构件受压承载力试验值均大于国内现行规范承载能力计算方法的计算值，以钢管混凝土结构设计与施工规程CECS28∶90的计算值与试验值最为接近;在轴压荷载下，卷制焊接钢管混凝土构件在焊缝附近区域首先屈服，由轴压状态转变为偏压状态，致使造成钢管的套箍能力降低;在极限状态下，钢管混凝土构件焊缝产生开裂，内部混凝土产生剪切劈裂破坏，承载力和延性均降低;钢管混凝土构件受压承载力存在一定尺寸效应。　　3.异形钢管混凝土拱桥静力性能和地震响应规律试验研究。综合考虑试验目的和试验条件，设计制作了几何相似比为1∶16的异形钢管混凝土拱桥模型，对该桥的静力性能和地震响应规律进行了静载试验和模拟地震振动台台阵试验研究。结果表明，该桥静力性能和地震响应规律的试验研究与数值模拟结果大体吻合:在恒载及移动荷载作用下该桥全桥处于弹性受力状态，在最不利移动荷载和恒载作用下关键部位的应力、位移均满足规范要求;稳定拱和主拱肋组成的拱系中，主拱肋起主要的承重作用，稳定拱与其比较基本可以忽略不计;横向一致激励时拱顶横向加速度反应放大系数最大，而横向行波激励则会使之降低;纵向、竖向行波输入会增大拱顶纵向、竖向加速度反应放大系数;横向+竖向输入会降低拱顶横向加速度反应放大系数而增大竖向加速度反应放大系数;一致激励时吊杆力较小，系杆基本不受力，而行波激励则大大增加了吊杆和系杆的受力，但均小于各自的破断力;一致激励下拱顶应变反应很小，而行波激励大大加大了拱顶的变形;地震激励下拱脚的受力最大，应该作为拱肋强度验算的主要控制截面。　　4.异形钢管混凝土拱桥桩基础承载能力预测和施工控制。通过大直径桩基础现场测试，给出了该桥桩基础承载能力的预测值;完成了包括两侧钢管混凝土灌注顺序对拱肋稳定性的影响分析等有关理论计算、现场测试测量、设计参数误差分析和识别、未来施工阶段参数误差和控制参数的预测、提交施工控制指令等施工控制工作，使该桥的变形和内力均得到了较好的控制。　　5.异形钢管混凝土拱桥健康监测系统研发及其静动力性能实桥试验。依据施工控制与健康监测相结合、实时监测与适时检测相结合以及健康监测与管理系统结合的原则，设计了伊通河大桥健康监测系统，完成了各类传感器的布设，并介绍了健康监测软件的基本功能与实现方法;利用该健康监测系统，进行了该桥的静动力性能试验（即成桥荷载试验），挠度和模态实测结果与本文的理论计算和模型试验吻合程度较好，说明该健康监测系统能准确监测该桥的真实受力状态和静动力性能，且本文的理论计算和模型试验结果是正确和可信的。