在铁路列车正常通行的前提下,基于已有病害提出了基于正交异性钢桥面板的南京长江大桥上层公路桥面体系改造方法.利用有限元数值模型,模拟南京长江大桥改造施工全过程,并基于静载试验数据进行模型验证.首先,分析原桥面系全拆除这一最不利施工状态下的静、动力特性.然后,对比改造前混凝土桥面板与改造后正交异性钢桥面系在恒载以及列车荷载作用下的受力行为,包括主桁架变形、关键构件轴力以及支座反力.最后,分析改造后正交异性钢桥面系的空间受力特征.结果表明,更换原公路混凝土桥面板,采用正交异性钢桥面板整体替换,从根本上改造了南京长江大桥的桥面体系,且无需中断铁路列车的正常营运,不仅消除了原桥面既有病害,还能减轻自重、改善关键构件受力,提高了桥面系整体性、构件连接性、结构稳定性以及整体刚度,充分发挥了正交异性钢桥面系轻质高强的特点.