预制节段拼装桥梁因其施工快捷、质量稳定、造价较低以及有利于环保等优点而发展成为中等和大跨公路桥梁以及轨道交通设施上部结构的主要形式之一。然而由于收缩、徐变和钢绞线松弛等多重时变效应所引发的长期性能退化,预制节段拼装桥梁随着服役年限的增加不可避免地遭受着预应力损失、结构下挠等问题,甚至可能会引起桥梁坍塌事故。本课题基于长期试验和有限元数值模拟对预制节段拼装箱梁桥长期性能进行了研究,并针对预制节段拼装箱梁桥的长期性能退化问题提出基于张拉备用束的功能可恢复性设计思路。本课题的主要研究内容如下:(1)预制节段拼装桥梁长期性能的理论分析。介绍了国内外预制节段拼装桥梁的最新研究进展并指出了目前研究中的局限性。对混凝土的收缩、徐变、钢筋应力松弛、预应力长期损失的概念以及现有的计算方法进行了介绍和对比分析。初步介绍了基于备用束的预制节段拼装桥梁功能恢复思路。(2)预制节段拼装箱形试验梁的长期试验研究。为研究预制节段拼装桥梁在运营期间性能退化的机理,设计加工了六根预制节段拼装试验梁并进行了长期加载试验。在试验中采用控制变量的分析方法,以考虑配束方式、混凝土强度、键齿个数、外荷载以及节段长度等因素在收缩、徐变和预应力筋松弛等时变特性下对预制节段拼装箱梁桥长期挠度和预应力长期损失的影响。(3)建立预制节段拼装箱梁的数值模拟研究。基于有限元软件DIANA,采用组合退化二次曲壳单元建立箱梁的有限元模型,并采用基于混凝土老化理论的Kelvin链模型模拟应力松弛,对于混凝土的收缩和徐变采用欧洲CEB-FIP90模型,最终建立起预制节段拼装箱梁桥时变性能的分析模型。分析了截面构造特征、预应力张拉力大小、混凝土强度、管道壁库伦摩擦系数、钢绞线规格以及温度、湿度等因素对钢绞线预应力长期损失的影响。(4)预制节段拼装箱梁的功能可恢复设计研究。初步建立起预制节段拼装箱梁的功能可恢复设计流程,并采用阶段性分析法以考虑功能恢复前结构既有的变形和损伤。算例分析表明,通过张拉备用束可以有效控制预制节段拼装梁的长期变形。进一步分析了影响功能恢复效果的因素,包括湿度、环境温度、外荷载、初始预应力张拉值等。上述工作为预制节段拼装箱梁桥的功能可恢复性优化设计奠定了基础。