我国正处于新型城镇化和工业化的快速发展时期,大量的基础设施正在建设中或已经完成。在日常服役过程中,土木工程结构容易受到环境侵蚀、材料劣化以及外部运营荷载的影响,性能会逐步发生退化,此外还有遭受车船撞击甚至地震、台风等自然灾害的风险,一旦发生事故,将会产生巨大的经济损失和人员伤亡。因此,保障土木工程结构的安全和长寿命的服役是国家的重大需求,而结构健康监测技术被认为是提高结构健康与安全、实现结构长寿命和可持续管理的有效途径之一。目前,结构健康监测领域遇到的一个瓶颈问题是传感技术要么太宏观要么太局部,导致即使开发了先进的理论算法仍无法有效的实现结构真正意义上的“健康”监测。新型的长标距光纤传感技术不仅可以实现结构的局部信息与整体信息相关联,还能够实现高精度和动静态的稳定监测。通过将长标距光纤传感器串联可以形成分布式的传感网络,实现结构关键区域的覆盖,因此适用于大型土木工程结构的健康监测。基于长标距光纤传感技术,本论文重点研究了不同荷载作用下结构损伤识别以及性能评估的方法,完善了长标距应变模态识别理论以及其在损伤识别和性能评估领域的应用,为实现结构健康安全状态的有效监测和多层次分析提供理论基础。具体研究内容如下:(1)提出了一种环境振动下基于长标距光纤传感技术的结构损伤识别方法。本文从动力学基本方程出发,推导了环境振动下长标距应变频响函数的估算表达形式,识别出了未缩放的长标距应变振型,丰富了长标距应变模态识别理论,并从理论上揭示了估算的未缩放频响函数和真实频响函数之间的本质关系:形状相同而幅值不同。它们在第r阶频率处的峰值比值是一个常数且随模态阶数r的变化而变化,与输出的单元号无关,所以提取环境振动下估算频响函数的一列峰值即为结构的长标距应变模态振型。应变振型是对损伤非常敏感的指标之一,因此基于识别出的长标距应变模态振型,本文提出了在环境振动下能够快速方便地进行结构单元损伤识别以及利用主梁动力指标变化模式进行支座损伤间接识别的方法,最后采用美国IBS基准桥测试及其有限元数值模型对本章所提议方法的有效性进行了验证。(2)开发了一种冲击振动下基于长标距光纤传感技术的结构损伤定位定量识别两阶段策略方法。本文把损伤定位和定量看成两个层面的识别问题,将二者分离,进行逐步识别。首先结合冲击力响应和长标距应变时程响应进行结构的长标距应变柔度识别,利用损伤前后结构的长标距应变柔度矩阵差对角线元素的归一化指数形式构造了损伤定位指标,可以有效识别出损伤发生的部位;然后从理论上推导了长标距应变柔度矩阵关于结构单元截面刚度的灵敏度矩阵表达形式,根据一阶泰勒展开公式建立结构的灵敏度方程,其中待识别的未知参数根据第一阶段损伤定位的结果由所有单元刚度缩减为损伤单元处的刚度,从而进一步识别出结构损伤部位的截面刚度变化量,实现第二阶段的损伤定量分析。最后将该方法应用到钢结构和钢筋混凝土结构的腐蚀检测中来,结合实验室钢筋混凝土梁的腐蚀实验对所研究方法的有效性进行验证。(3)建立了移动荷载下基于长标距光纤传感技术的结构腐蚀损伤的定位定量识别以及剩余承载能力评估的三阶段方法。腐蚀的发生会导致结构刚度的变化,本文从长标距应变影响线理论出发,发现结构在移动荷载作用下单元长标距应变时域响应沿时间轴的积分面积和单元刚度有关,因此提出了基于损伤前后单元长标距应变时域响应积分面积比的腐蚀定位指标。结合移动荷载的移动速度、荷载大小等信息提出了腐蚀部位钢筋截面积变化的反演方法,实现了结构腐蚀程度的定量分析。在此基础上,利用识别出的钢筋截面积减少量和腐蚀率对有限元模型中的钢筋几何参数及本构关系进行修正,基于修正后的模型可以实现腐蚀结构的剩余承载能力预测。最后利用实验室的钢筋混凝土梁进行结构腐蚀实验和破坏实验来对所提议方法的有效性和准确性进行验证。(4)研究了融合多源结构健康监测数据的地震作用下结构易损性分析方法。结构健康监测技术具有实时反演结构当前真实状态的天然优势,因此基于结构健康监测数据识别出的结构动力特征参数,联合静力测试结果可以对结构的初始有限元模型进行修正,得到与结构真实状态更为相符的模型。在此修正后的模型上进行结构在地震作用下的易损性分析,能够实现当前状态下结构真实抗震性能的有效评估。最后利用本文所提方法对一座大跨自锚式悬索桥进行地震作用下结构的易损性分析。(5)基于信息几何理论和长标距应变传感技术提出了一种实现结构表观损伤检测以及内部损伤识别的方法。对于早期微小的表观损伤,结合非接触式测量技术,通过构建图像流形,提出了利用图像流形上Ricci曲率算子进行结构裂缝边缘提取的算法并设计了基于图像流形上测地线距离的滤波器;对于中后期内部损伤,基于长标距应变传感技术提出了一种环境振动下利用Fisher信息距离衡量单元响应之间关联性的无参考状态的损伤识别方法;最后根据表观损伤及内部损伤识别结果对结构最优维护管理决策进行了延伸性探讨。