作为大跨度桥梁的重要组成部分,大跨度预应力混凝土(PC)箱梁桥具有超强的跨越能力、较好的受力和使用性能以及造型优美等优点,其在我国桥梁体系的比重稳步提升,对保障我国路网畅通至关重要。然而,在材料性能退化、环境腐蚀和复杂荷载作用的共同影响下,大跨度PC箱梁桥的可靠性和耐久性逐渐下降。因此,准确对该类桥梁进行可靠性评估及服役状态评定,基于评估结果开展维护策略多目标优化对实现大跨度PC箱梁桥的可持续发展至关重要。为此,本文针对大跨度PC箱梁桥的可靠性评估及维护策略优化开展了以下工作:(1)提出了随机变量空间相关性的估计方法。采用波动系数值对随机变量的空间相关性进行表征,对现有空间相关性估计方法进行了介绍,并基于贝叶斯信息准则提出了一种新的随机变量空间相关性估计方法;随后,根据服役构件和加速锈蚀试件的实测数据分别对混凝土抗压强度和蚀坑不均匀系数的空间相关性进行了估计;最后,基于服役构件的静载试验结果验证了该法的有效性和合理性,同时对不同方法的估计结果进行了比较分析。(2)建立了考虑参数随机不确定性影响的箱梁抗裂可靠性评估模型。基于逐步分析法建立了考虑混凝土收缩徐变、预应力筋松弛及锈蚀耦合作用的预应力损失时变预测模型,并对服役箱梁结构的预应力长期损失和剩余预加力的时变规律及不确定性进行了分析;随后,对偶然和认知不确定性来源及相应可靠性分析方法进行了介绍;最后,考虑预应力长期时变损失和预应力筋锈蚀的影响,提出了一种考虑随机不确定性影响的PC箱梁抗裂时变可靠性评估模型,并对某服役桥梁的抗裂可靠性能进行了预测。(3)基于随机场和非平稳过程发展了一种结构承载能力可靠性分析方法。介绍了材料性能、结构尺寸和环境参数随机场的模拟方法,基于Karhunen-Loeve级数展开法研究了结构初锈时间的空间变异性;随后,采用Gamma随机过程对实际抗力的非平稳退化过程进行描述,并通过将Gamma过程的尺度函数模拟为随机场以考虑抗力衰减的空间变异性,从而建立了结构抗力随机衰减模型;最后,根据已有实测车载效应数据,建立了非平稳车载效应模型,并在上述分析的基础上,发展了考虑随机场和非平稳过程的箱梁承载能力可靠性分析方法。(4)提出了一种考虑不确定性评估信息服役状态评定方法。通过原始区间证据的冲突性测试和基于综合信任度的冲突证据修正对传统区间证据理论进行了改进,然后结合模糊层次分析法和改进的区间证据理论提出了一种考虑评估信息区间不确定性和冲突性的大跨度PC箱梁桥服役状态评定方法;其次,考虑结构应力、结构损伤特征和常用的损伤检测分类方法,建立了相应的评定指标体系和评定准则;最后,通过某三跨PC连续箱梁桥综合状态评定对所提出的方法进行阐述,并根据实际检测结果和规范计算结果验证了该法的有效性和优越性。(5)构建了考虑可持续准则的劣化桥梁维护策略优化框架。提出了考虑腐蚀效应、空间变异性和非平稳荷载效应的安全性能评估方法,并发展了维护活动对社会影响的综合评估方法;随后,考虑结构服役过程中的安全性能、直接维护成本以及维护活动对社会和环境的影响,并结合所提出的考虑不同优化目标权重的决策方法,构建了一种考虑可持续准则的劣化桥梁多目标维护策略优化框架;最后,通过某服役桥梁的维护策略优化结果验证了上述优化框架的有效性。结果表明,通过使用所提出的优化框架及方法,决策者可以获得具有良好的结构安全性和经济性同时兼顾社会和环境影响的最终折衷维护策略,同时所提出的决策算法非常有效,通过该方法得到的最终维护策略能很好地反映专家的意愿。