在役预应力混凝土(PC)桥梁在实际运营中由于重载和长期荷载的作用,梁体往往带裂缝工作,在开裂后进入非线性状态,桥梁力学性能不一定达到设计预想结果。同时,在地震等重大灾害时,大批桥梁可能同时受损,如何利用裂缝、挠度等直观参数快速、有效地评估受损桥梁结构的力学状态对救援工作的开展非常重要。预应力筋作为桥梁的关键受力部件,其实际预应力大小的确定是在役混凝土桥梁结构安全评估的关键所在。本文开展了模型梁和30m实型梁试验,通过梁体变形、预应力筋应变、裂缝等参数,确定结构响应的发展规律,研究预应力混凝土梁开裂后的非线性力学特性。主要研究成果如下:(1)对裂缝机理进行分析,通过试验研究,得到裂缝开展规律:梁体弯曲裂缝缝宽与缝高均随加载等级的增加而不断增长,且缝宽和缝高的增长速率交互发展,缝高发展到一定程度以后便向跨中横向发展;跨中区域裂缝数量、宽度、高度明显大于其他区域,随着荷载的增加,裂缝间距不断减小且减小速率逐渐变缓,至非预应力筋屈服时,新裂缝发展减缓,间距基本不变。(2)利用试验数据回归得到裂缝缝宽比与承载率之间的关系式,从而可对梁体承载力状态进行快速评估。(3)裂缝缝高的发展预示着梁体中性轴的变化,考虑梁体非协调变形迭代求解受压区高度,得到受压区高度与缝高关系曲线。(4)在裂缝非协调变形理论基础上,结合理论分析与试验研究,引入梁体抗弯刚度折减模型,提出基于实测挠度和塑性铰理论的开裂后预应力混凝土结构预应力筋应力评估方法。(5)重复加载梁体相对于单调加载梁,预应力筋应力增量在荷载作用下偏移量越来越大,说明多次荷载作用下的梁体产生的非协调变形更大。(6)非协调变形对裂后预应力混凝土结构的预应力筋应力水平影响不能忽略,且随着荷载增大,非协调变形的影响越来越显著。考虑非协调变形后的预应力筋应力与试验实测值相比具备一定安全富余,避免了按照设计规范对其进行评估所带来的不安全后果,为在役桥梁结构的实际状态评估提供了一种简化手段。(7)通过有限元与试验相结合的方式,研究30m预应力混凝土箱梁的结构性能,有限元模型结果与试验实测结果吻合良好,以模型预应力筋应力对比评估结果,验证了预应力筋应力评估方法在实型梁上的适用性。