大跨度钢管混凝土拱桥施工是一个复杂的过程,本文以目前国内跨度最大的无风撑斜靠式钢管混凝土拱桥——广东省韩江北桥为工程背景,采用优化理论实现吊装过程中拱肋线型控制,并对韩江北桥各个施工阶段结构的稳定性进行分析,具体进行了以下几方面工作:(1)利用ANSYS有限元分析软件单元生死技术及优化功能,对拱肋吊装过程进行有限元模拟及扣索索力优化。采用减小未张拉扣索单元实常数、不约束拱肋“死”单元节点的方法模拟未施工的钢管拱肋。利用一阶优化方法,通过定义设计变量、状态变量、目标函数及约束条件,使钢管拱肋合龙松索后达到设计裸拱线型,得到扣索初始索力值及拱肋节段预抬高量。应用该方法对韩江北桥拱肋吊装过程进行模拟及扣索索力优化,结果表明该方法合理可行,计算精度较高。(2)无风撑斜靠式钢管混凝土拱桥侧向刚度较低,施工阶段稳定问题较为突出。本文考虑材料与几何双重非线性的影响,对吊装阶段拱肋稳定安全系数进行计算;分析了斜靠式拱桥拱肋吊装阶段四种破坏模式;讨论了应力累积对吊装阶段拱肋稳定性的影响;对比了有无风缆作用下拱肋静力及稳定性能。结果表明,随着吊装节段数量的增多,拱肋稳定安全系数不断减小,结构由扣索强度破坏变为拱肋自身破坏;应力累积对扣索索力影响很大,对吊装阶段拱肋内力影响不明显;风缆改善了拱肋受力性能,显著提高了结构稳定系数。(3)选取三种不同的施工顺序,计算拱肋合龙后至成桥状态各施工阶段结构稳定系数,分析了典型施工工况下拱肋特征值屈曲模态及非线性破坏模式。计算结果表明,无风撑斜靠式拱桥稳定系数随施工荷载的增大而不断降低,成桥阶段最为不利,斜拱拱脚、拱顶及竖拱拱脚是整个施工过程中结构的薄弱位置。