随着我国管道运输业的高速发展,斜拉-悬索协作体系逐渐被运用于大跨度管道运输工程中。作为缆索承重式桥梁,由于早期防护不当和恶劣环境的影响,经过多年的运营后,不可避免地会出现严重的拉索腐蚀问题,为保证桥梁的安全运营,索构件更换势在必行。虽然目前已有学者对公路斜拉桥的换索工程进行了相关的研究,但迄今为止对更换主缆的系统性研究较少,而且管桥的结构性能与公路桥梁不同。本文结合魏荆线汉江跨越管桥的换索工程,对大跨度高柔性的斜拉-悬索管桥进行全桥换索结构分析,主要研究内容及相关结论如下:(1)讨论斜拉-悬索协作体系桥的协作模式及其结构形式和特点;归纳斜拉桥和悬索桥的换索实例以及换索工程的研究现状,确定本文的研究目的及意义,并结合工程背景,总结斜拉-悬索管桥的结构特点。(2)根据管桥的结构特点和病害情况,建立空间有限元模型,准确地模拟该桥换索施工前的实际受力状态,研究斜拉-悬索协作体系管桥的力学性能,并进行初始状态分析。结果表明,该斜拉-悬索协作体系以斜拉索为主,悬吊系统起辅助作用,管桥中主梁以承受轴向荷载为主;初始状态下全桥拉索整体分布不均,部分拉索索力偏大,与合理成桥状态偏离较大。(3)结合该管桥的特点,对在不中断输油的前提下更换管桥全部拉索的施工工艺进行研究和探讨,提出了悬吊系统的更换采用先安装新悬吊系统再拆除旧主缆和吊索、斜拉索的更换采用临时索进行新旧斜拉索过渡的方法。(4)以初始状态模型为基础,对管桥悬吊系统的更换过程进行模拟,分析结构的受力和变形情况。结果表明,新主缆架设阶段最为危险,与塔根邻近的斜拉索内力增长明显;而且新悬吊系统在协作体系中承担的荷载比重增大,管道的应力和位移均集中分布在刚度较小的悬吊段,斜吊过渡段主梁变形存在不连续的问题。该阶段管桥的内力、变形及应力均满足施工安全要求。(5)对管桥斜拉索更换过程进行模拟,研究该阶段结构的受力状态。结果表明,由于临时索的辅助作用,全桥内力变化较小,管桥的变形及应力均满足施工要求,说明临时索起到了代替斜拉索的效果,采用临时索进行新旧斜拉索更换过渡的方法是可行的。但该阶段主梁的应力偏危险,施工时需进行控制。