新建和已建斜拉桥等大跨度桥梁结构需要采用有效的手段监测和评定其工作状况与损伤状况,健康监测技术应运而生并成为研究热点。由于斜拉桥等大跨度桥梁结构的复杂性加上已有相关技术存在一些局限性和应用上的瓶颈问题,现有的结构健康监测技术还不成熟,在实际应用中遇到了很多困难,有很多关键计算问题亟待解决。以依托的斜拉桥为工程背景,对斜拉桥健康监测关键计算方法进行了系统的研究。所完成的研究工作及取得的成果主要包括以下六个方面:1.利用VC++.NET开发平台与ANSYS、MATLAB两种工程软件开发了斜拉桥健康监测软件平台;集成了结构静力计算模块、结构模态计算模块、时间历程计算模块、试验设计模块、指纹库计算和灵敏度分析模块、测试数据预处理及模态参数识别模块、响应面计算模块、优化计算模块、模式识别模块等9大计算模块;在此平台上开展斜拉桥健康监测关键计算方法的研究工作。2.针对斜拉桥健康监测基准有限元模型建立时传统方法的一些弊端,结合斜拉桥桥型特点提出并实现了一种新方法;论证了新方法与已有类似方法和理论的区别和联系,进行了新方法基本原理的理论推导,得出了新方法的实现步骤,给出了关键环节的实现代码;引入论文依托斜拉桥工程概况,通过依托斜拉桥工程对新方法实现过程进行了展示,并对优化前后结果以及优化与成桥试验结果进行了比较验证,证明了本文所提方法对斜拉桥这种特定桥型的健康监测基准有限元模型的建立是必要的、有效的。3.从传感器优化布置的损伤可识别性要求出发,引入试验设计和参数相关性分析理论,提出并得到一种包含所有梁段损伤信息的节点自由度损伤信息指标和传感器优化布置的新方法;对新指标进行了定义,阐述了新方法的基本内涵,进行了理论推导,得出了新方法的实现过程;通过依托斜拉桥工程展示了所提方法的实现过程,结果分析证明了所提方法的优越性。4.引入并实现了NExT-SSI与FRF-PolyMax两种识别算法;基于真假模态甄别环节在环境激励的模态参数识别中的作用,针对已有真假模态甄别方法的一些问题,提出了采用稳定图法与功率谱求和峰值法相结合来进行模态真假甄别的新方法;对功率谱求和峰值法新术语进行了定义,论证了新方法的必要性和可行性,得出新方法实现方法和步骤,编程实现了新方法;利用依托斜拉桥工程对模态参数识别算法和所提出的真假模态甄别新方法进行实例展示;结果表明FRF-PolyMax法识别算法具有较高的精度,证明了所提出的真假模态甄别新方法的必要性和有效性。5.在响应面应用实践过程中提出了直接响应面优化进行损伤识别的新方法;阐述了新方法与已有的将响应面方法用于桥梁损伤识别的区别,定义了新方法的概念,凝练了基本思路,申明了应用该方法的三个关键问题,揭示了新方法的优点,得出了新方法实现流程图,详细论述了新方法的实现步骤并进行了编程实现;引入并实现了多项式模型、Chebyshev模型(正交多项式模型)、径向基(RBF)函数模型、Kriging模型(克里格模型)等四种响应面模型和NSGA-II与粒子群优化算法等两种多目标优化算法;对所提方法和算法比选给出了详细的实例展示和结果分析,通过实测数据验证了有效性。6.指出有效解决斜拉桥监测数据的误差问题不能单纯依靠模式识别算法的准确率,而应该深入研究指纹库的建立方法,提出并实现了一种建立指纹库的新方法;凝练了新方法的基本思路,指出该方法的核心问题是全因子试验设计和加入随机误差等两个环节,对这两个环节进行了深入诠释,并将此种样本库命名为“包容“有色”误差的全因子设计样本库”,揭示了所提方法的创新性特点,申明了应用该方法的注意事项;详细阐述了新方法的具体实现步骤,给出了新方法实现流程图;引入并实现了多层感知器装袋算法、随机森林算法、k-最近邻算法、LMT决策树算法等四种具有较高识别精度的模式分类算法;对所提方法和算法比选给出了详细的实例展示和结果分析,通过实测数据验证了有效性。