城市轨道交通蓬勃发展,大跨度轨道桥梁应用愈加广泛,特别是具有结构型式优美、跨越能力大、适应能力强等特点的大跨度轨道混凝土斜拉桥,作为大跨度轨道桥梁的主力桥型,更是广受青睐。与公路、铁路桥梁相比,轨道桥梁宽度窄、振动要求高、变形控制严格,由于交通运量大、运行频率高、荷载作用强烈、结构响应明显,加之,线形要求极为严格、运营性能要求高。因此,轨道桥梁线形的演化与控制,是工程界和学术界研究的热点和重难点。目前,混凝土斜拉桥线形演化尚不清晰、大跨度轨道混凝土斜拉桥线形控制缺乏有效理论和技术支撑。本文在国家杰出青年科学基金项目重点资助下,通过调研斜拉桥线形演化、预拱度设计、基于运营性能分析的桥梁线形控制研究现状,针对目前研究存在的问题,采用理论分析、模型试验、数值仿真和实桥验证相结合的研究方法,在阐释轨道混凝土斜拉桥线形演化与控制方法理论的基础上,开展基于材料物性参数与环境因素试验的线形演化分析研究,基于线形演化分析,针对线形设计阶段,提出基于预拱度设计分析的线形控制方法,针对运营阶段,提出基于运营性能分析的线形控制方法,并获取永久性变形分级控制限值。本文的主要研究工作及成果如下:(1)明确了大跨度轨道混凝土斜拉桥线形影响因素,剖析了典型影响因素机理及其对桥梁线形影响的分析方法,阐明了线形演化分析理论;依据D’Alembert原理和动力学势能驻值原理,建立列车和桥梁的运动方程,依据轮轨接触处几何位移关系和轮轨相互作用力,得到列车-桥梁相互作用分析运动方程,采用适宜线路谱模拟轨道不平顺,进行车桥耦合振动分析,基于国内外关于运营性能评定指标竖向加速度、横向加速度、Sperling指数、脱轨系数、轮重减载率和轮对横向力的规定,明确大跨度轨道混凝土斜拉桥运行舒适性和运行安全性控制限值,形成了线形控制方法理论基础。(2)开展了大跨轨道混凝土斜拉桥基于材料试验、大节段模型试验和桥梁服役环境因素测试的混凝土收缩徐变特性及预测模式分析;建立了数值仿真分析模型并完成了结构刚度理论分析,对采用不同收缩徐变预测模式的线形演化进行了类比,以均匀设计法进行试验设计、以偏最小二乘法进行响应面模型拟合、以R~2检验进行模型精度检验,采用Monte Carlo法抽样,完成了大跨度轨道混凝土斜拉桥置信水平下的线形演化分析,阐明线形演化分析应考虑材料、环境因素等参数随机性影响;依据混凝土收缩徐变预测模式和多点弹性支承结构计算模型,完成了大跨度轨道混凝土斜拉桥竖向变形计算解析式推导。(3)提出了大跨度轨道混凝土斜拉桥预拱度设计方法,完成了预拱度设计参数敏感性分析,明晰了参数敏感性特征;分析了静活载预拱度合理设置,即采用车桥耦合振动分析技术手段,获取适宜的静活载位移折减参数R;提出了大跨度轨道桥梁考虑静活载合理折减的预拱度设置步骤,形成了基于预拱度设计分析的线形控制方法,根据背景工程列车运行舒适性分析和结构性能分析结果,验证了预拱度设计方法的正确性。(4)提出了大跨度轨道混凝土斜拉桥结构刚度包络分析分级模式,应用线形参数时变效应变化率指标,进行了大跨度轨道混凝土斜拉桥成桥后三年期运营阶段主梁线形时变分析,完成了线形监测分析、数值仿真分析、统计学分析的对比,验证了混凝土收缩徐变预测模式的可靠性和MC-RSM(基于响应面的Monte Carlo)不确定性分析方法预测结果的准确性;剖析了大跨度轨道混凝土斜拉桥永久性变形机理,分析了永久性变形对桥梁结构线形和运营性能的影响,采用车桥耦合振动分析技术手段,推导了运营阶段最大竖向变形安全控制值L/400和预警控制值L/500,提出了永久性变形分级控制限值,即大跨度轨道混凝土斜拉桥永久性变形安全控制值为L/400-β,预警控制值为L/500-β(其中,β为非永久性变形值),经应用分析,验证了基于运营性能分析的永久性变形分级控制限值的合理性。