近几十年来,结构健康监测的研究形成的技术成果已在各类土木工程结构上得到初步应用。国际上仅特大桥梁已有300多座安装了各类高价健康监测系统。这些健康监测系统对于应对突发事件等方面发挥了积极作用,但由于存在着较多的问题,仍无法实现“健康”监测,如:现有的传感技术多为点式传感,在应用于体型巨大构造复杂的土木结构时具有一定的局限性;海量监测数据与结构性能的相关性弱,缺乏关键评价指标;传感器种类和数量多,系统构成复杂,海量数据难以有效处理等。国内外不少学者研发了多种的结构损伤识别和定位等的方法,但是由于大跨桥梁结构复杂、体量巨大、冗余度高以及环境因素的影响,将这些方法应用到实桥结构的海量监测数据时还无法保证状态预警和评估的有效性。因此,针对以上问题,本文开发了适用于大型土木工程结构健康监测系统的区域分布传感技术和理论方法。本文的研究内容及创新点如下:(1)基于区域分布传感技术的系杆拱桥(系梁、拱肋)的变形分布识别方法对于系梁的变形分布识别,通过确定系梁上的轴应变分布,并在一种特殊的传感器布置帮助下,从长标距传感器测量的应变中分离出需要的弯曲应变去估计系梁的变形分布;对于拱肋的变形分布识别,由于拱肋截面上的弯矩和轴力都对拱肋的变形做出贡献,将拱肋上由弯矩应变和轴力应变分别引起的曲率作为荷载,施加在其共轭简支梁上,利用该共轭简支梁上计算的弯矩去识别拱肋的竖向变形分布。(2)用于有效估计系杆拱桥变形分布的传感器优化布置方案利用有限元模型和力学模型确定系杆拱桥的多个目标荷载工况,并提取多目标荷载工况下的特征曲线。这样,可从特征曲线上选取一定数目的特征点去拟合该曲线,并使得拟合的误差最小。这组特征点可确定一个传感器优化布置方案;依次增加特征点数目可以确定出多套传感器优化布置方案使得估计的系杆拱桥的变形分布精度最高。(3)基于现场校准测试下的影响线校准以连续梁的影响线校准为例,基于力法原理推导出连续梁的理论影响线公式,通过利用理论影响线去模拟校准测试下的结构响应,并与实测的结构响应对比,得到各个传感单元影响线的校准系数,对理论影响线进行校准,获得实桥的校准影响线表达公式。(4)基于区域分布传感技术的桥梁动态称重方法本方法以结构的影响线表达公式为基础,在没有车轴识别器的情况下,采用桥梁支座附近测量的应变去估计桥梁上的车轴数、车间距和轴重比参数;通过消除轴间距和轴重比对结构响应的最大应变值的影响去修正最大值,利用现场验证工况下修正的最大应变与校准测试下的相应值进行比较识别出车轴重,结合前面识别的轴重比进一步识别出各车轴重。采用最大应变值的方法去识别车重具有鲁棒性和抗噪能力。(5)基于CMIF法的宏应变柔度理论通过和CMIF法识别位移柔度理论对比,本文提出的识别宏应变柔度理论的方法包括应变频响函数矩阵的奇异值分解和应变振型的识别;在识别的应变阵型基础上,通过共轭梁法可识别位移振型;增强频响函数的计算以及基本模态参数的识别。最后,由这些模态参数识别结构的宏应变柔度矩阵。(6)基于桥梁快速评估方法的性能预测理论基于推荐的桥梁快速评估方法得到的名义校验系数,利用影响线将该系数进一步推广,由于实际影响线与理论影响线间的差异,推导出结构的性能退化指标;通过定期对结构进行监测得到的一系列性能退化指标建立退化模型,对结构性能进行预测。