我国早期修建的预应力混凝土连续刚构桥,由于桥梁结构设计理论不够完善,材料性能及施工质量控制不够,加之日益增加的交通量、养护管理不够到位等原因,出现不少结构性病害。主要表现为开裂与跨中下挠,轻者影响结构耐久性和美观,严重者影响桥梁的正常使用,甚至危及结构安全。本文针对中交集团项目“大跨混凝土箱梁桥改变结构体系加固及整跨拆除技术研究与应用”研究需要,在预应力混凝土连续刚构桥病害成因和已有加固方法基础上,提出中跨跨中区段主梁节段置换加固法,即从降低结构自重入手解决跨中下挠问题,并相对提高桥梁承载能力。本文主要研究工作:(1)归纳总结了已建成预应力混凝土连续刚构桥的主要病害及其成因,现有加固方法及其优缺点,提出新的加固方法,即采用钢结构置换既有混凝土梁段加固法。(2)结合工程实例进行置换加固设计研究,提出了钢混接头与钢箱梁结构设计,形成了既有主梁节段拆除、钢箱梁吊装、混凝土浇筑、预应力张拉等成套施工技术。针对置换加固施工全过程,通过建立全结构模型,进行了结构模拟分析。(3)建立置换加固前后模型桥在开裂荷载作用下的有限元仿真模型,以加固前模型桥的开裂荷载为控制荷载进行全桥分析,计算主要控制截面的挠度和应力。对比分析加固前后模型桥主要参数变化,对置换加固后结构效果进行了评价,从理论上验证了置换加固的合理性和可靠性。(4)进行了钢结构置换既有混凝土梁段加固模型试验方案研究,完成了模型桥梁结构与试验过程设计。