随着国民经济的不断发展以及建筑科学技术水平的不断提高,各种造型独特、结构复杂的大跨度空间结构不断涌现,以往多应用于桥梁结构上的健康监测技术也逐步地在大跨空间结构中得到应用。参数识别和损伤预警是健康监测的核心技术。环境激励下存在测试数据的信噪比低、结构响应受外界环境因素的影响等问题,这些问题导致一些算法虽然在数值或实验室模型中有效,但却很难直接应用到实际工程中。本文以国家游泳中心水立方结构健康安全监测项目为工程依托,围绕实际工程健康监测中的参数识别及损伤预警相关问题展开研究,主要研究内容如下:(1)研究加速度传感器的优化布置方法。针对大跨空间钢结构的振动特点,研究基于模态能量和分步优化的传感器布置方法。根据结构模态应变能的大小挑选出环境激励下结构的主要贡献模态,即优化时所取的监控模态。根据模态振型形状、特征向量乘积以及模态置信度,采用分步法进行传感器优化布置。以国家游泳中心钢结构为工程背景,对其模态测试时加速度传感器布点进行优化。(2)研究结构健康监测加速度信号的降噪方法。分析有用信号与噪声的模极大值特点,针对小波降噪中分解层数以及奇异值降噪中重构阶次难以确定的问题,研究一种分解层数以及重构阶次的自适应确定法。用数值模拟信号以及实测数据对所提方法进行验证。(3)研究基于小波变换的模态参数识别技术以及模态变异性。针对大跨空间结构具有低频密集模态以及难以实现用力锤或激振器来激励等特点,研究自然激励法与小波变换相结合的模态参数识别方法。分析母小波参数的选择对识别精度的影响,研究基于遗传算法和最小标准差的小波中心频率及带宽的自适应选择方法。通过数值仿真以及国家游泳中心现场实测数据的分析,验证所提方法的有效性。在此基础上进一步分析模态参数的环境变异性。(4)研究考虑不确定性的模型修正方法。针对用于模型修正的模态参数具有不确定性的特点,以及大型复杂结构模型修正时计算量大的问题,研究基于区间理论和多输出支持向量回归机的有限元模型修正方法。利用区间分析法来描述参数的不确定性,用均匀实验设计方法构造样本,将实测模态参数作为输入,多个设计参数作为输出,以支持向量回归机逼近输入输出二者之间的非线性映射关系,然后利用支持向量回归机的泛化推广能力,求解设计参数的目标值,为有限元模型修正提供一种新的探索。利用所提方法对国家游泳中心钢结构模型进行修正。(5)研究运营条件下结构损伤预警方法。研究基于脉冲响应函数和统计判别的损伤预警方法,首先通过虚拟激励技术提取环境激励下结构脉冲响应,然后以脉冲响应作为敏感指标,综合运用主成分分析、支持向量机、控制图等方法,对运营环境下结构损伤进行预警。利用国家游泳中心钢结构数值模型以及实测数据对所提方法的有效性进行验证。