桥梁是工程师们尽心缔造的艺术品,艺术品的设计基准期长达100年。因而对桥梁的优化设计不能只考虑结构设计之初的结构状况,而应系统分析桥梁结构全寿命周期内设计、维护和检测等各方面因素对结构经济性和耐久性带来的影响。长期以来,桥梁结构设计变量优化、尤其是针对复杂截面桥梁优化求解效率不高;最优维护行动的选择依据根据时间制定,未考虑劣化随机性带来的影响;存在没有系统考虑桥梁结构全寿命周期内劣化、维护、检测的影响并以全概率形式分析等问题。基于此本文主要研究工作和结论如下:(1)针对桥梁结构复杂截面由于变量数目繁多,整体优化效率低的问题。构建与截面类型无关的优化平台,从而增强优化方案的适用性。选取与截面类型无关的中间变量进行分步优化,减少了直接优化的变量个数,提升了优化效率。(2)分析桥梁结构健康状态变化模型,结合全概率及离散化的数学方法,建立基于可靠度的桥梁结构全寿命维护策略优化模型,以结构所处的健康状态为基准制定维护策略。选取简支桁架梁桥为研究对象,得出了最优维护方案。(3)基于桥梁结构全寿命周期内劣化、维护和检测随机性所造成的影响,建立以结构所处的健康状态为评判标准的优化决策,使得优化方案在全寿命周期内具有通用性。(4)系统分析设计、维护和检测一体化桥梁结构健康状态的变化,建立变量联合优化方案。对优化方案迭代次数过多的不足加以改进,建立系统高效的优化方案。(5)基于高效优化方案的理论基础,以自锚式桁架索托桥为研究对象,通过MATLAB建立数学模型优化求解,得出了其全寿命周期内桥梁设计、维修、检测的最佳方案。分析全寿命周期内结构重要构件的布置及变化情况,可对服役期的管理与运营提供有效指导。