本文以京沪高速铁路济南黄河桥主桥(以下简称“济南黄河桥主桥”)的设计为研究对象，较为详细的研究了以下三个方面的内容：1)在充分研究济南黄河桥主桥具体建桥条件的基础上，对包括预应力连续刚构、部分斜拉桥、预应力混凝土连续梁、变高度连续钢桁梁和等高度刚性梁柔性拱方案在内的不同桥式进行对比，分析了各桥式上部结构和下部结构的不同特点，最后确定了等高度刚性梁柔性拱为最优方案，并对纵横梁+道碴槽板桥面系和正交异性板+道碴槽板桥面系做了对比研究；2)利用空间有限元计算软件，对纵横梁+道碴槽板桥面系和正交异性板+道碴槽板桥面系的济南黄河桥主桥进行空间整体有限元计算，分析了两种桥面系下的主要杆件内力，在此基础上，又对正交异性板上混凝土道碴槽的开缝方式进行对比研究，选定了横梁顶端道碴槽开缝的最佳形式。另外，本文还对正交异性板进行了有限元细部分析。空间静力有限元计算结果表明，采用整体钢桥面板对结构的受力有较大改善，济南黄河桥主桥的各项性能满足高速铁路使用要求；3)根据济南黄河桥主桥自振特性及车—桥系统动力学响应计算结果，从以下三方面对桥梁的动力性能和列车走行性进行了分析与评价，(1)桥梁自振特性；(2)列车通过桥梁时桥梁的动力学响应，主要包括桥梁的冲击系数、横向及竖向动位移、横向及竖向加速度、墩顶横向动位移、墩顶横向加速度等；(3)列车通过桥梁时列车的动力学响应，主要包括：列车的脱轨系数，轮重减载率，横向摇摆力，车体横向及竖向加速度，横向及竖向舒适度指标等。计算结果表明，济南黄河桥主桥的刚度能满足高速铁路桥梁的各项设计要求，该桥具有良好的动力特性和列车走行性。本文的研究工作为国内外类似高速铁路桥的设计提供了一定的研究基础。