随着桥梁结构健康监测技术广泛应用,基于在役桥梁结构系统动力响应分析结构状态的理论与技术也日益被高度关注。本文结合复杂系统理论,探究在役桥梁结构复杂系统特征,并着重分析非线性的复杂系统动力行为及其产生机理与演化模式,并结合缩尺模型试验及ASCE Benchmark结构模型验证,形成基于复杂系统理论的在役桥梁结构状态监测方法。主要内容包括:①在役桥梁结构复杂系统特征及其复杂系统动力行为探究。在从桥梁结构系统的要素、功能、环境等因素,分析桥梁结构复杂系统特征的基础上,结合桥梁结构非线性特性及非线性恢复力振动模型,分析桥梁结构复杂系统动力行为产生机理。并以单自由度的杜芬方程、带有平方非线性的二个自由度哈密顿系统为例,进一步分析结构系统非线性混沌动力行为演化模式;同时分析桥梁结构系统耗散、分形、孤立子等复杂系统动力行为特征。②在役桥梁结构复杂系统动力行为演化模式研究。引入复杂系统非线性动力学理论,结合非线性恢复力与结构损伤演化的单自由度梁结构振动模型,仿真结构损伤演化,分析相空间、Lyapunov指数、庞加莱截面半径R等复杂系统动力行为特征指标表征结构状态演化模式。③基于缩尺模型的在役桥梁结构复杂系统动力行为演化模式研究。通过获取缩尺模型的1、7、10号测点加速度时间序列响应信号,采用快速傅里叶变换、相空间重构、C-C法、最大Lyapunov指数提取Wolf方法,分析结构无损及随着裂纹发生发展的四种不同损伤程度工况在敲击和车桥耦合振动下分别提取复杂系统动力行为周期、时间延迟、嵌入维数、最大Lyapunov指数、庞加莱截面半径R特征指标,并分析特征指标评估结构状态演化的模式。④基于ASCE Benchmark结构模型的复杂系统动力行为演化模式研究。通过选取ASCE Benchmark结构模型五种损伤程度逐渐增加的工况,分别获取各损伤工况的6、9、12、15号测点的动力响应加速度时间序列信号,提取五个特征指标,验证各指标评估的有效性和敏感性,形成多复杂系统动力行为特征指标协同评估在役桥梁结构状态的演化模式。