钢管混凝土(Concrete Filled Steel Tube,简记CFST)拱桥凭借其自身的优势,在铁路工程中日益得到广泛应用,尤其随着铁路建设的重心逐渐西移,为特大跨径铁路CFST拱桥的发展增强了助推力。然而,现阶段CFST拱桥的相关研究还主要集中于公路桥梁和中小跨径的铁路桥梁,针对主跨超400m级的特大跨径铁路CFST拱桥的研究少之又少,而且现行《钢管混凝土拱桥技术规范》(GB50923-2013)中参数取值对近年来新增的特大跨径钢管混凝土拱桥已不再完全适用,存在一定的滞后性。本论文以一座400m级铁路CFST拱桥为工程实例,综合分析结构的静动力特性和地震响应,研究影响该结构安全稳定性的多个设计参数的合理取值范围,据此依照优化参数构建一个新模型进行合理性验证,旨在为今后同类型桥梁的设计给出指导和建议,主要研究工作如下:(1)依托工程背景采用Midas/Civil2015建立了全桥数值模型,为了验证模型的合理性,同时利用ANSYS编制命令流建立了模型,据此对比了两模型的前十阶自振特性和各阶模态振型,结果吻合很好,通过相互校核,验证了该桥梁有限元模型的合理性和正确性,为后续研究工作奠定基础。(2)分析恒载、活载和附加力的最不利荷载组合作用下,该铁路CFST拱桥成桥状态下主梁和拱肋的受力及变形,进一步,通过结构动力特性分析,确定该桥各阶次自振频率和振型,并采用反应谱法和时程分析法两种地震作用分析方法研究了各关键截面的位移和内力响应等,同时,考虑行波效应对这类400m级铁路CFST拱桥的影响。研究结果表明:结构受力十分复杂、频谱密集且振型多样。在静力荷载作用下,拱脚和跨中截面内力和变形往往要更大。同时,该桥前八阶模态自振频率最大值为1.1404Hz,属于偏柔性结构,结构前二阶模态表现为横弯。结构对于横桥向地震作用的承受能力远弱于其它两项,并且不同波速作用下各地震波变化规律并不相同,结构往往对于500m/s以内的低波速更加敏感。对比发现,反应谱法和时程分析法之间虽然存在个别响应幅值会有差异,但反应谱和时程分析法之间各项响应峰值以及变化规律基本吻合。(3)基于结构静动力特性分析及地震响应研究发现:横向稳定性以及局部应力过大问题十分突出,分别选取了拱肋内倾角、横撑以及钢管径厚比多个参数进行分析,研究结果表明:这类400m级铁路CFST拱桥拱肋内倾角建议取值范围为3.5～4°;横撑布置优先等级为先考虑在拱肋1L/4至3L/8跨径布置切向撑,接着可考虑在跨中截面布置施工更加方便的一字撑,1L/8跨径处布置切向撑,最后考虑在拱脚附近布置米字撑;在钢管径厚比尺寸调整时,宜优先考虑增大钢管厚度,如果还不能保障结构性能要求,可通过继续增大钢管外径来改善局部应力问题,以此保障结构具有充足的安全储备。(4)在原模型基础上结合优化参数范围,构建一座新的400m级铁路CFST拱桥加以合理性验证,评判指标采用实际工程最常用的结构稳定安全系数,研究结果表明:虽然不同工况两模型各阶失稳模态方向并未发生变化,但是优化模型的各阶结构稳定安全系数相较于原模型均出现大幅提升。