有限元模型修正是桥梁健康监测领域的热点研究方向之一,一个精准的基准有限元模型可以为桥梁结构动力特性的精细化分析或是为基于模型的安全评估、损伤识别等工作奠定良好基础。随着海量健康监测数据的不断积累,数据的处理效率需求日益增高,及时获取桥梁的状态信息意味着需要加快基准有限元模型的更新周期。本文以沈海高速灌河特大桥为工程背景,基于其健康监测数据,尝试建立一种适合斜拉桥结构的在线频率识别方法,进一步的应用至斜拉桥结构的在线模型修正和确认。本文主要研究工作包括:(1)基于协方差的随机子空间算法,在对虚假模态进行剔除的基础上,研究基于离线数据的模态参数自动识别方法。(2)探索一种基于最小二乘法的递推式瞬时频率在线识别方法;进而基于NEx T法较好的降噪能力,研究一种基于自由衰减信号的多自由度在线频率识别方法,并应用于灌河大桥在线频率识别。(3)考虑斜拉桥主要环境因素温度、车辆荷载、风等与模态频率不确定性量化和传递,在对环境因素影响模态频率的机理分析及单因素统计基础上,分别采用基于PCA的多元线性模型和基于NLPCA的ANN模型进行多因素回归分析,开展模态参数的修正。(4)研究一种适合斜拉桥在线模型修正和确认的两阶段方法,第一阶段采用基于灵敏度分析的区间响应面方法,结合一段时间尺度内的离线数据,建立不确定性参照有限元模型;第二阶段利用在线频率识别结果,采用确定性模型修正方法实现灌河大桥在线模型修正和确认。获得的主要结论如下:(1)基于环境振动的模态参数识别方法,建立了基于随机子空间法的运行模态参数自动识别方法,灌河大桥模态参数识别结果表明,本文方法可较为准确地识别出一天内灌河大桥运营环境所导致的频率变化。(2)提出了单自由度系统和多自由度系统在线频率识别的改进四参数方法,相对于HHT方法,改进四参数法识别的瞬时频率更为平稳,可初步用于对时变结构模态参数时变特性的预估;采用对相位角最小二乘拟合的方式能够对时变结构的模态参数均值进行识别,其识别结果与HHT法、PP方法识别结果能够吻合,可将该方法应用于灌河大桥在线频率识别中。(3)环境温度对斜拉桥各阶模态频率影响程度基本相同,两者具有良好的负线性相关性,40℃季节温差对灌河大桥模态频率的影响约为1.3%;在一周时间尺度上,灌河大桥车辆荷载与环境温度对桥梁动力特性的影响程度基本相当,一天内对灌河大桥模态特性影响一般不超过1%;基于PCA的多元线性回归模型和基于NLPCA的ANN回归模型均能较好的实现灌河大桥环境因素与模态频率的传递,减小了实测频率的认知不确定性,对短时间尺度内的模态频率区间量化有着较好的修正作用。(4)基于最优拉丁超立方试验设计方法和多岛遗传算法进行多目标寻优,建立了基于灵敏度分析的区间响应面模型修正与确认方法,确认后的模型较好地反映过去一段时间内模型参数的不确定性,目标频率平均相对误差不超过0.5%,可进一步作为在线模型修正&确认的参照有限元模型。(5)在拟合的区间响应面基础上,根据灌河大桥模态频率在线识别结果,基于参照有限元模型,进行在线模型修正和确认,结果表明:在线模型修正最大误差不大于1%,待修正参数的不确定性大大降低,提高了修正结果的可靠性,实现了短时间尺度的模型修正与确认。