预应力混凝土梁桥以其特有特点,如适用性、安全性和经济性等,广泛应用于桥梁建设中。该桥型使用中出现较多病害如腹板斜裂缝问题、耐久性问题等,主要症结在于桥梁设计理念落后。本文引入全寿命设计思想,在桥梁设计阶段不仅考虑初始建造成本,同时考虑后期因结构性能退化而需要的维护加固成本。本文研究工作如下：(1)介绍了全寿命周期成本的概念、原理和全寿命周期成本构成框架,提出了部分成本计算模型,给出全寿命周期成本优化设计框架。比较了现有桥梁规范与全寿命设计的差别,归纳出全寿命设计方法与原则。(2)基于全寿命周期成本分析方法,建立腹板开裂的风险评估初步框架。建立基于两种竖向预应力技术的腹板开裂时变可靠度模型,得到腹板开裂的时变概率,并对影响因素进行参数分析,得到影响因竖向预应力损失而导致腹板开裂主要因素。同时对二次张拉预应力技术进行了研究,从可靠度与全寿命经济性角度,验证了二次张拉预应力技术的效用。(3)阐述了国内外不同的碳化深度预测模型,通过算例对模型进行比较分析。考虑时变CO2浓度改进了目前碳化深度预测模型,对一座预应力混凝土梁桥桥墩在一般大气环境下进行了碳化腐蚀全寿命过程分析,通过算例研究计算得到预应力混凝土梁桥桥墩在时变CO2浓度与不同腐蚀环境下的钢筋开始锈蚀概率、桥墩保护层开裂概率、桥墩保护层严重开裂概率与桥墩失效概率。分析中考虑了不同耐久性措施与不同裂缝宽度限值对碳化腐蚀的影响。针对极端天气情况下温度对桥墩混凝土碳化的影响进行了分析。同时对桥墩在氯离子腐蚀环境下进行全寿命过程时变可靠度分析,得到钢筋因氯离子侵入导致锈蚀开始的概率、桥墩失效概率。提出桥墩在两类腐蚀环境下三种维护方案,通过全寿命周期成本分析,确定最优方案。