混凝土结构的应力状态，是评估其运营期间安全性能的重要指标。不同于传统的应力检测方法，本文以超声尾波为研究对象，分析多个荷载等级下钢筋混凝土简支梁的应力幅值特征。基于奇异值分解的理论方法，对应力幅值矩阵进行特征分解，构建了用于荷载拟合的特性向量。应力幅值作为信号处理的关键数据，要保证重复试验的超声尾波具有稳定性，为此展开了不同耦合条件的对比试验，并推导出三种优化数据的方法，最终选定了环氧树脂耦合剂和基于傅里叶变换的波形重采样方法，以提高应力幅值的稳定性。对梁的不同应力状态进行超声尾波采集，分析应力幅值矩阵与外荷载的线性关系和试验结果的重复性，评价超声尾波与荷载拟合模型的准确度。主要研究内容如下：
　　(1)分析超声尾波在混凝土结构中的传播机理、信号特征和影响因素，调研声学信号的一般处理方法，提出基于奇异值分解的分析思路，建立应力幅值矩阵的荷载拟合模型，制定超声尾波研究梁应力状态的技术主线。对原始数据的稳定性优化，提出基于傅里叶变换和线性插值的预处理方案，以减小试验条件对荷载波形造成的影响，使得应力幅值矩阵的特性向量对试验荷载能够达到准确、可靠和稳定的拟合效果。
　　(2)根据超声尾波理论和梁的计算模型，设计合理的试验加载方案，以达到混凝土结构发育超声尾波的最佳应力状态。比较不同荷载下的超声尾波相关系数，设定测试所需的最佳采样频率、时域范围和信号增益等参数。为查找数据稳定性的试验影响因素，展开了不同类型的对比试验，分析超声尾波能量与流质耦合剂、固体耦合剂、试验环境温湿度和超声波仪器温度之间的同步变化关系，确定出本文试验的最佳测试条件。
　　(3)按从静到动的加载方式进行试验研究，首先分析自重应力下超声尾波的幅值稳定性，找到在静止状态时影响试验结果的主要因素；再进行间天加载试验，目的是在增加荷载时尽量减小不必要的扰动，分析尾波幅值与应力状态的定性关系。最后进行重复加载试验，以模拟梁的真实荷载工况，分析拟合值在横向上的线性相关系数和纵向上的标准差。对三种试验方案的影响因素进行分析，并将所有原始数据进行预处理优化，结合波形的幅值特征，量化荷载拟合结果的改善程度。