既有桥梁在长期运营过程中受车辆荷载作用、环境条件变化等众多因素影响,存在各种结构性和耐久性损伤,严重影响桥梁的运营安全和使用寿命。对建设年代早、技术状况差、上部结构病害多的桥梁,可通过更换上部结构解决桥梁承载能力不足的问题。由于桥梁所处环境条件不同,目前我国尚无替换主梁提升改造工程的通用技术方法。本文依托昆明市南二环高架道路提升改造工程,开展复杂环境条件下桥梁替换工程风险分析与控制和施工工法研究。主要研究内容如下:1、针对旧梁拆除过程预应力混凝土盖梁安全风险控制问题,采用有限元数值计算方法模拟盖梁卸载全过程,分析不同旧梁拆除步序对预应力混凝土盖梁应力状态与反拱值的影响,通过与施工监测数据的比对,验证了有限元数值模拟方法的可靠性。分析结果表明:旧梁拆除引起盖梁载反拱值与应力值变化随逐步卸载而增大,主梁完全卸载后,盖梁最大反拱值可达6.7mm,最大拉应力达7.4MPa,预应力混凝土盖梁存在反拱过大导致结构开裂的风险。采取旧梁分幅拆除步序可有效控制预应力混凝土盖梁开裂风险,最大反拱值减小至3.7mm最大拉应力减小至2.4MPa。2、针对旧梁拆卸过程碰撞桥墩、盖梁而导致其损伤的风险问题,采用ABAQUS有限元计算方法研究碰撞响应和碰撞防护控制措施。通过分析碰撞部位、碰撞速度和碰撞角度对桥墩盖梁应力状态的影响发现:当碰撞部位位于盖梁跨中时,碰撞引起的桥墩盖梁应力最大,最大拉应力达2.69MPa。碰撞应力随撞击速度的增大而增大。当碰撞角度为垂直碰撞时,桥墩、盖梁应力最大,最大拉应力达2.1MPa。采用薄壁钢管+钢板的缓冲防护装置可有效控制碰撞响应。3、针对上跨闭合框架涵混凝土箱梁拆除对桥下闭合框架涵冲击的风险,提出钢管柱结合满堂支架支撑体系、主梁分段切割、汽车吊与龙门吊组合吊拆的施工工艺。通过支撑体系与箱梁分块分割步序对混凝土箱梁拆除安全风险影响分析发现:考虑支架初始缺陷的支撑体系承载能力下降34%,箱梁分割落架步序直接影响支架体系整体稳定性。采用优化后的支架体系与混凝土箱梁分割落架方案,实现了混凝土箱梁拆除风险控制。4、基于主梁替换工程风险分析与控制研究成果,针对桥梁主梁替换工程作业空间受限问题,提出桥梁单侧作业空间受限的汽车吊结合龙门吊替换主梁和两侧作业空间受限的龙门吊替换主梁工法,形成一套作业空间受限条件下桥梁上部结构改造快速施工技术,可为同类工程建设提供技术支持。