大跨桥梁的结构健康监测已成为当今土木工程界研究的热点问题。桥梁结构由于受到车辆、风、地震等荷载作用以及环境影响或突发事件(温度、湿度、撞击等)因素会在运营期间发生不同程度的损伤。桥梁结构一旦发生损伤,将对桥梁安全造成巨大威胁并严重危害人民的生命财产和安全。一些严重的突发事故诸如桥梁倾覆倒塌等还会给国家和社会带来巨大的灾难。利用桥梁结构的响应监测数据,通过模型修正与损伤识别揭示结构状态退化,据此评估结构安全与预测剩余寿命,对于桥梁运行维护与灾害预防具有重要意义。本文提出了一种大跨斜拉桥模型修正的方法,并且在实验室建立了一座缩尺比例为1：150的斜拉桥模型,通过理论研究与物理模拟较为系统地研究了斜拉桥模型修正中的一些关键问题：为了克服基于傅里叶变换的动力损伤识别方法的局限性,发展了基于小波变换的振动传递性的概念,建立了更加有效的斜拉桥结构损伤识别算法；针对结构损伤的空间位置的任意性,提出了一种斜拉桥损伤的分布式探测方法,并且利用物理模型试验验证了该方法的可行性。主要研究工作和结论如下：绪论部分首先阐述了桥梁健康监测和损伤识别的研究意义,接着回顾和总结了近几十年来桥梁健康监测的发展情况,介绍了健康监测系统的概念、组成、发展历史以及在工程中的实际应用情况。根据国内外近些年来对斜拉桥损伤识别方法的研究,详细地介绍了适用于大跨斜拉桥结构损伤识别方法的理论以及各类损伤识别方法的适用条件范围和优缺点。最后针对在桥梁健康监测和损伤识别中的问题给出了本文的主要研究内容和研究思路。以山东黄河胜利大桥为工程背景,基于模型相似理论建立比尺为1：150的斜拉桥模型,并通过开展斜拉桥模型试验获得斜拉桥的静动力响应数据。首先阐述了模型实验的目的与意义,相似理论在模型实验中的应用。然后详细介绍了模型的设计制作的整个过程,包括模型材料的选择、各物理量相似常数的推导、结构各构件的尺寸设计和边界条件的模拟等内容。在斜拉桥模型静力加载试验通过百分表测试桥面的挠度,自制FBG光纤传感器监测斜拉索的索力变化。通过模态分析试验获得了斜拉桥的前三阶竖向弯曲振动频率和相应的振型。最后通过模型试验研究了斜拉索损伤对桥梁位移和索力变化的影响,讨论了关键索索力变化对整个桥梁安全状况的影响。该模型桥为本文的研究基准模型,为斜拉桥健康监测与损伤识别的研究做铺垫。第三章提出了一种对大跨斜拉桥有限元模型进行分步修正的策略。首先回顾了斜拉桥有限元模型建立的各种方法,并采用ANSYS通用软件建立了模型斜拉桥的三维有限元模型。然后,利用斜拉桥模型试验获得的实测响应数据,构建包括频率响应残差、振型响应残差以及位移响应残差的多响应目标函数。对有限元模型进行优化,使得修正后的有限元模型全面准确地反映模型斜拉桥的静动力学行为。基于ANSYS参数化设计语言(APDL)进行二次开发,编制模型优化程序,采用一阶优化方法和子问题方法开展有限元模型修正。不同于以往的斜拉桥模型修正策略,仅仅关注于结构的动力或静力响应与原型的一致性,本文提出的有限元模型分步修正策略兼顾了正确反映模型桥的静动力响应。通过灵敏度分析选择合适的修正参数先对频率残差项进行优化,使第一次修正后的有限元模型计算频率与实测频率相近。然后选择其它修正参数对位移项和振型项进行修正,使第二次修正后的有限元模型在静力响应方面也与模型桥的实测响应一致。同时,还将修正后的有限元模型物理参数与实际估算值作比较,二者的一致性验证了模型修正程序的有效性。最后,利用修正后的有限元模型预测模型斜拉桥及其原型桥的响应,又进一步验证了该有限元模型的正确性。为寻找对损伤敏感的损伤指标,在第四章中提出了基于小波变换的传递性函数损伤识别方法。介绍了响应自由度之间的传递性函数的概念及其在土木工程领域的特点和应用,总结和归纳了利用传递性函数构造损伤识别指标进而对结构的损伤进行探测的方法。然后推导了通过小波变换构造结构传递性函数的损伤识别指标,并结合统计学中的离群值分析方法对损伤进行探测,同时给出了损伤识别的具体步骤。通过数值模型试验与实验室斜拉桥模型试验加以验证。在数值模型试验与斜拉桥模型试验中将本文所提出的方法与传统的传递性函数进行对比,结果表明本文所提出的方法对结构出现的损伤十分敏感,能够识别结构的早期微小损伤。结构损伤具有典型的局部性质,通常表现为局部应变的异常。结构应变的分布式监测与损伤敏感特征分析,是实现大跨桥梁损伤探测与定位的理想途径之一。第五章提出了基于分布式应变监测的大跨度斜拉桥结构损伤探测方法,通过小波变换对分布式光纤测试的斜拉桥桥面应变分布进行多尺度分析,克服了分布式光纤应变监测信号受观测噪声和空间分辨率平均效应的不利影响,准确地确定了空间域信号奇异点在桥面的位置。介绍了分布式光纤的特点、BOTDA(布里渊光时域分析技术)的测试原理以及其在桥梁健康监测中的广泛应用。在模型试验中通过布设不同形式的分布式光纤进行试验研究。通过斜拉桥数值模型与物理模型试验结果进行分析和比较验证所提出方法的有效性。数值试验和模型试验均表明,采用所提出的方法可以对桥梁多处位置发生的损伤进行有效地识别,该损伤识别方法具有对噪声的鲁棒性和对损伤的敏感性。最后,对全文的研究工作进行归纳和总结,并对大跨斜拉桥健康监测和损伤识别的发展方向进行了展望。