环境侵蚀、材料老化及车辆超载等不利因素使得桥梁结构的承载能力及可靠性不断下降。特别是在混凝土收缩徐变、应力松弛及钢筋锈蚀等时变因素的作用下,大跨径预应力混凝土(Prestressed concrete,PSC)箱梁桥普遍存在跨中下挠过大及梁体开裂病害,严重影响了结构的正常使用性能和耐久性,甚至诱发重大安全事故。因此,为保证大跨径PSC箱梁桥的安全和正常运营,对其进行长期健康监测并准确评估、预测结构的工作状态及未来变化趋势将显得十分重要。本文从大跨径PSC箱梁桥的病害特征及维护需求出发,以苏州京杭运河大桥(主跨为150m的连续箱梁桥)为工程背景,从桥梁结构的时变性能监测及可靠性评估两方面着手研究。完成的主要工作如下:(1)针对既有PSC桥梁的健康监测策略、方法及应用进行了总结和探讨,为把握全寿命周期内结构性能和提高监测资源利用效率,在京杭运河大桥上建立了集施工监控、成桥试验及运营监测三者为一体的全寿命健康监测系统,并将实测静力值与计算结果进行了比较,吻合良好;然后,结合荷载试验结果验证了多输出支持向量机在桥梁结构有限元模型修正中的有效性。(2)针对大跨径PSC箱梁桥运营过程中普遍存在的跨中下挠过大的等问题,提出了一种基于监测数据和随机有限元分析的长期变形控制策略。首先,采用组合退化壳单元模拟主梁的力学行为,并计入剪力滞、应力松弛对长期变形的影响;然后,考虑收缩徐变预测模型的不确定性及影响参数的随机性,基于拉丁超立方法对长期变形的不确定性和敏感性进行了分析,得到了跨中挠度具有95%保证率的置信区间,以此进行后期备用钢束的量化设计;敏感性分析结果表明,跨中长期变形对徐变模型不确定系数的变异最为敏感。(3)在实验室环境下,采用索力计、磁通量传感器及振弦应变计对8根后张梁的预应力长期损失进行了为期1年的监测,分析了配筋率、孔道灌浆、应力水平及张拉次序等因素对长期损失的影响规律。同时,提出了考虑收缩徐变、应力松弛相互作用及非预应力筋影响的长期损失建议模型,其计算结果与试验值的最大误差在10%以内,相比规范常用计算方法,本文提出的方法整体预测精度较高。最后基于此建议模型,对预应力长期损失进行了不确定性分析。(4)提出了一种考虑随机场影响的PSC箱梁桥时变可靠度分析方法,首先,采用随机场模型描述结构弹性模量、分布荷载等参数空间分布的变异性,基于局部平局法进行离散;然后,综合考虑收缩徐变、剪力滞及力筋松弛对箱梁桥时变性能的影响,采用重要抽样法估算了的京杭运河大桥的时变失效概率,并探讨了随机场参数对结构可靠度的影响。分析结果表明收缩徐变对箱梁桥的可靠性影响显著,挠度可靠指标在桥梁预期使用寿命之前便衰减到目标水平之下;随机场相关长度对桥梁的时变可靠指标具有较大影响,而其离散单元数、相关模型则相对较小。