桥梁结构作为交通的枢纽,其安全问题一直是政府部门和公众关心的重点。为了确保桥梁结构的安全运营,许多重要的桥梁结构都安装了健康监测系统。目前,最新健康监测系统的研究是以在线结构模态参数识别、有限元模型修正和仿真计算为核心的。如何快速、准确地识别结构模态参数是实现在线识别的一个至关重要的问题。此外,如何在有限元模型修正中避免自由度匹配、如何考虑阻尼修正参数,以及如何提高修正效率都是亟需研究的问题。本文结合桥梁结构的工程特性,针对模态参数识别、有限元模型修正问题对以下几个方面进行了研究:(1)在现有文献的基础上总结了模态参数识别算法的研究现状;重点研究了特征系统实现算法(ERA),并提出了改进方法:一种快速特征系统实现(FERA)算法,采用对构建的新对称矩阵进行特征值分解来替代Hankel矩阵的奇异值分解,从而减少ERA算法所需的识别时间和存储量;此外,对FERA算法中Hankel矩阵的行块数和列块数的取值规律进行了总结。为了验证算法的正确性,设计了一个尺寸精确、材料属性已知的四层钢结构,通过FERA算法从结构锤击试验中识别结构模态参数。结果证明FERA算法能获得与ERA算法相同精度的识别结果,且运算速度可较ERA算法有明显提高。最后,FERA算法还被运用到了一座人行桥的锤击试验中,结果表明FERA算法同样适用于实际桥梁结构的模态参数识别,具有较好的抗噪性和容错能力。(2)针对FERA算法存在模型定阶和虚假模态辨别的问题,首先总结了常见的基于奇异值分解的模型定阶方法,然后针对FERA算法提出了抗噪性能更好的奇异值变化角模型定阶方法,并引入了模态参数辨别指标,共同用于模态参数的准确识别。通过四层钢结构和人行桥的模态参数识别证明了方法能有效减少模态遗漏和剔除虚假模态。(3)针对桥梁结构工作模态测试存在噪声干扰和激励不充分的特点,提出了基于NExT+FERA的多参考点模态辨别法,通过设置不同的参考点循环使用NExT+FERA算法识别模态参数,然后利用模态辨别指标区分真假模态,再利用频率和阻尼比对识别出的模态参数进行归类,该方法能有效防止模态遗漏。此外,还讨论了该算法中关键参数的选取问题;通过四层结构的白噪声激励试验和人行桥的自然激励试验验证了该算法的可行性;最后得出:当测点较多时,通过本算法识别出的模态参数可能比锤击试验获得的模态参数具有更高的辨别指标值。(4)在有限元模型修正方面,研究了传统的基于频响函数理论灵敏度的模型修正方法。提出在传统的基于频响函数修正方法中考虑Rayleigh阻尼模型,推导了频响函数灵敏度矩阵中动刚度矩阵对阻尼参数求偏导的公式。针对频响函数的不完备测试详细总结了自由度匹配技术;此外,介绍了传统方法的几种求解方式,并讨论了方法中频率点选取问题;最后利用四层结构在锤击激励下的试验频响函数来验证了该算法,结果显示该算法难以同时修正结构的所有质量与刚度相关参数,二者的耦合现象易导致修正结果的不合理。(5)提出了一种新的基于频响函数残差数值灵敏度的模型修正方法。该方法的基本思想是:将频响函数矩阵表达式解耦至单个元素,使理论频响函数可直接与测试频响函数一一对应,然后通过先进的优化算法来缩小理论与试验频响函数幅值差来获得修正结果。本文首次研究了非比例阻尼对频响函数模型修正的影响,并对比研究了理论频响函数推导过程中不同的阻尼假设对模型修正结果的影响。对如何选取恰当的频响函数频段用于模型修正,以及如何考虑理论频响函数精度的问题进行了讨论。此外,本文还推导了适用于振动台试验的频响函数解析式。最后,利用四层钢结构的模型修正验证了该方法,并将该方法顺利应用于了一片简支梁的损伤识别中。(6)将Kriging模型引入了桥梁的有限元模型修正,避免了传统修正在优化过程中反复调用有限元模型。总结了试验设计中几种常用的方法。运用简支梁的数值仿真对比了基于Kriging代理模型修正与普通模型修正方法的计算精度与效率问题,可得出:Kriging模型方法可大大提高模型修正效率;最后,Kriging代理模型修正方法被成功运用至了真实人行桥的有限元模型修正中,物理参数以及边界条件均得到了修正。论文最后给出了主要的研究结论,并展望了后续的研究内容。