混凝土拱桥采用悬臂浇筑法施工在我国起步较晚,在结构安全控制方面尚有不少问题值得深入研究和探讨。悬臂浇筑的主拱在合龙前属于悬臂压弯曲梁结构,施工过程中需借助于扣索、锚索及扣塔等临时结构来保证拱圈结构的安全。而扣索力对拱圈结构的内力和线形影响较大,因拱圈为受压的普通钢筋混凝土结构,通常不布置预应力筋,若施工过程中扣索索力稍有偏差,易引起拱圈截面拉应力超限,影响悬臂浇筑施工体系的结构安全。本文结合国家自然科学基金项目“基于多目标优化的悬浇施工混凝土拱桥构形与安全控制的理论与方法(51478049)”,在240m沙坨大桥和180m马蹄河大桥两座悬臂浇筑混凝土拱桥施工监控实践过程中,围绕施工期索力优化与拱圈应力调控问题开展了相应的研究,主要工作与成果如下:(1)为考虑大跨混凝土拱桥悬臂浇筑施工过程中拉索几何非线性的影响,基于高精度的两节点悬链线索单元分析方法,利用ANSYS程序进行了几何非线性索单元的二次开发,并用经典算例验证了新单元的正确性;在此基础上,基于开发的悬链线索单元,对沙坨大桥拱圈施工过程进行分析研究,揭示了拉索几何非线性对拱圈截面应力和线形及扣、锚索索力的影响规律。(2)为解决基于理想成桥状态倒拆的悬臂浇筑混凝土拱桥施工扣索力常难以满足施工期拱圈应力安全控制要求的问题,基于应力平衡和影响矩阵法提出一种扣索索力的分步算法;先以施工期拱圈应力安全控制为目标进行扣索初张索力的迭代求解,后以理想成桥拱圈内力状态为控制目标,进行合龙前的扣索索力优化与调整;并在马蹄河大桥施工过程中开展了上述方法的实桥验证,其扣索索力优化效果良好。(3)为减少施工过程中扣索张拉和调索次数,降低施工风险,将多目标优化思想和求解方法引入到悬臂浇筑混凝土拱桥施工阶段索力优化和满足成桥状态所需的索力调整过程中,提出了一种基于多目标优化的悬臂浇筑混凝土拱桥合理施工索力的求解方法。对沙坨大桥施工期的扣索初张索力进行优化求解,计算分析表明,基于带精英策略的快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对悬臂浇筑混凝土拱桥施工期的索力优化能取得较好的效果,为悬臂浇筑混凝土拱桥拱圈截面内力调控提供了新思路。(4)提出了一种大跨悬臂浇筑混凝土拱桥分阶段有限元模型实时修正方法,通过合理筛选修正参数,构建参数化的分阶段有限元模型,提高了有限元模型的计算精度。以沙坨大桥分阶段施工体系为研究对象,开展了相关截面几何、物理参数实测工作,并利用施工阶段的扣索索力、拱圈截面应变、拱圈线形和扣塔偏位等实测数据对有限元模型进行了修正,修正后的分阶段有限元模型能为悬浇混凝土拱桥施工期拱圈截面应力精准调控提供技术支撑。(5)在大跨悬臂浇筑混凝土拱桥建设过程中,为更好地实现施工过程中拱圈截面拉应力调控目标,以扣塔高度和扣索索力为设计变量,提出了一种确定悬臂浇筑混凝土拱桥合理施工扣塔高度的计算方法,以沙坨大桥为研究对象,对拱圈悬臂浇筑施工过程中截面应力进行优化,计算分析表明同时对扣塔高度和索力优化能有效地降低拱圈截面拉应力幅值。另一方面基于不同塔跨比的索力优化计算结果,在给定的扣塔高度变化区间内,拟合扣索用索量、拱圈截面拉应力、拱圈挠度和悬浇结构体系稳定性目标与塔跨比的关系曲线,并据此构建扣塔高度优化目标函数,采用线性规划法求解了相应的合理施工扣塔高度值。(6)为降低悬臂浇筑混凝土拱桥施工期拱圈截面顶板、底板拉应力超限的风险,提出了一种拱圈节段布置临时预应筋调控拱圈截面应力的方法。推导了临时预应力和扣索索力耦合作用下的拱圈截面应力计算公式,并编制了以拱圈截面应力为目标函数,临时预应筋张力和扣索索力为设计变量的迭代求解程序。以沙坨大桥为工程背景,开展了临时预应力筋对拱圈截面应力调控效果的实桥试验研究,并探讨了拱圈节段临时预应力筋布束长度、拱圈截面三种布束方式对拱圈截面应力的影响规律。