桥梁结构全寿命设计是针对目前在役桥梁性能日益退化加重、寿命周期维护成本过高而提出的一种全新的设计理念。旨在使桥梁结构的服务水平-性能-成本在寿命周期内达到最优。本文从桥梁的内在性能可靠度和外观条件状态出发,研究了桥梁在服役过程中其性能与维护策略及成本之间的相互关系,主要做了一下几方面工作:(1)研究了桥梁抗力与荷载效应的随机过程模型,建立了基于动态可靠度的桥梁极限状态方程,利用蒙特卡罗随机模拟的方法对桥梁的可靠性进行不确定性分析。同时利用此方法对国内首座基于全寿命设计理念的试验桥进行动态性能对比分析,得出全寿命设计在一定程度上提高了桥梁的耐久性能,降低了维护成本。(2)建立了基于概率的桥梁性能可靠指标指数劣化模型和状态指标的二次非线性劣化模型,结合预防性的维护策略模型,推导了桥梁在寿命周期内任意时刻可靠指标与状态指标的公式。(3)结合国内外桥梁数据对提出的劣化模型进行了分析研究,建立了基于可靠度与条件状态的桥梁状态分类公式和基本维护时间的概率公式。模拟了桥梁在寿命周期内归属于某种状态的概率以及每年需要维护的概率分布。建立了计算桥梁维护成本的确定性维护成本和概率性维护成本公式。同时利用窑背大桥寿命周期的离散可靠度,根据最小二乘原理,结合本文提出的指数劣化模型与Frangopol的线性劣化模型进行了对比分析。(4)编制了基于多目标的桥梁维护决策计算程序,同时结合七种维护策略分析了桥梁寿命周期内的性能指标变化规律,计算了每种维护策略下的每年维护概率成本和累积维护概率成本,对维护策略进行了对比分析与择优。(5)编制了维护决策下寿命周期最优维护成本的计算程序。分析出了最优维护成本对应的最优维护时间。得出最优累积维护成本随折现率变动很大,同时对应不同折现率下的最优维护时间也是不同的。同时对一座基于全寿命理念设计的桥梁进行了经济性对比分析。