桥梁结构是一个国家的重要基础设施,它在国民经济中起着重要的作用。随着其建设向大型化、轻型化及功能复杂化发展,大型桥梁结构的安全性、耐久性与正常使用功能越来越受到重视。随着传感技术、通讯技术及信号处理技术等相关学科的发展,在大型桥梁工程领域中对桥梁健康监测、结构损伤与健康评估的研究成为当前桥梁工程界研究的热点。但目前的研究处于理论研究和试验研究阶段,尤其是其中的数据分析部分,尚没有成熟的可以完全适用的方法。本文以国内外桥梁监测及评估理论和技术为基础,以“芜湖长江大桥长期监测、安全评估和报警系统的研究”课题为背景,立足于工程实际,对桥梁健康监测与状态评估中的一系列技术问题进行了深入系统的研究,主要工作包括： (1)系统总结了近年来在结构损伤识别及健康监测领域的研究成果和现状,对各种研究方法和研究思路进行了对比分析,为本文的研究打下基础。 (2)在详细综述桥梁结构健康检测系统发展历史、现状的基础上,对大型桥梁结构健康临测系统进行了整体构思与设计,提出了大型桥梁健康监测系统的架构,研究了监测目标及监测系统设计准则,确定了大型桥梁结构综合健康监测的监测项目及采用的测试手段和方法。在现有经济、技术水平下,采用了适当方法来建立桥梁的健康监测系统,为大型桥梁结构健康监测系统的研究开发奠定了技术基础。 (3)综述研究了模型修正的理论现状,在此基础上研究了用遗传算法求解约束最优化问题。研究了运用遗传算法理论进行模型修正的原理和特点,提出了模型修正的目标函数、遗传算法计算流程以及进行遗传编码等具体实现的一些具体问题。运用ANSYS结构分析软件建立了芜湖长江大桥(连续钢桁梁部分)有限元分析模型,并对模型进行了修正,便于对实际结构进行健康监测和损伤诊断进行深入研究。 (4)利用修正后的有限元模型研究了大桥结构在结构发生损伤以及其它参数发生变化时模态频率和振型变化的情况,包括各种损伤情况下频率与无损伤情况频率的对比及变化规律,各种损伤情况下模态振型与无损伤情况模态振型的变化对比,随环境温度变化情况结构振动频率的变化情况,以及车辆荷载对结构自振频率的影响情况。 (5)将可拓理论与层次分析理论相结合,首次提出了运用可拓理论对桥梁结构健康状况进行评价的综合评估方法,提出了评估的原则和思路。方法中利用物元模型进行桥梁健康状况评估,既利用物元的可拓性定性的方法,又利用可拓集合论,通过关联函数进行定量计算。同时,对大型桥梁结构健康状况综合评估这样一个复杂问题,考虑诸多方面的影响因素,兼顾各指标在桥梁健康状况综合评估中不同的地位,运用层次分析方法和可拓理论中的简单函数关联方法分别计算权重,从而使健康评价方法更合理、更符合客观实际。 (6)考虑到荷载、几何参数与力学参数的随机性,结构应变、挠度与振动等变量在测量时存在的测量误差,提出了基于统计特征的桥梁结构诊断报警方法,实现了对桥梁结构安全的预警预报。