大跨斜拉桥的主梁、索塔和拉索等,在长期服役过程中受到强风、温度和车辆荷载等作用容易发生结构损伤和性能退化。结构健康监测系统在大跨桥梁上的成功实施得到了海量的各类监测数据,通过监测数据对主梁、索塔和拉索等关键构件进行性能预警,对保证大跨桥梁在运营期间的服役安全有重要的工程意义。本文的研究对象是某大跨斜拉桥,针对该桥梁性能预警中的四个研究不足:监测数据存在各类异常数据;监测数据缺少系统的自身时变规律和相关性规律研究;位移和风速相关性建模精度低;强风作用下索塔和主梁、温度作用下拉索性能退化缺少精确的预警方法,分别针对上述问题开展对应研究,主要内容如下:（1）数据预处理是各类监测数据分析和桥梁性能预警研究的基础。桥梁监测系统可以同时对风速、风向、空气湿度、空气温度、结构温度、路面温度、能见度、应变、位移和加速度等进行监测。加速度监测数据容易受到高频噪声干扰,而传感器故障等会产生跳点、缺失、偏移、漂移、常量等异常数据。针对加速度受高频噪声干扰问题,本文提出使用Infinite Impulse Response（IIR）和Finite Impulse Response（FIR）两类共7种滤波器对受噪声干扰的加速度监测数据进行滤波消噪,研究确定了参数设置标准。算例表明:IIR类和FIR类滤波器均可对受噪声干扰的加速度数据进行消噪。针对各类监测数据出现的跳点、缺失、偏移、漂移、常量等异常数据问题,本文分别提出了剔除最大值、三倍标准差、多元线性回归、插值法、整体平移法、按比例移动法等各类对应的异常数据修复方法。算例表明:提出的异常数据修复方法可以修正跳点、缺失、偏移、漂移、常量等异常数据。（2）研究环境作用和结构响应本身的规律性,是研究环境作用和结构响应相关性规律的基础。监测系统布置了大量的传感器,但是各类传感器的布置位置和数量均不同,并且缺少系统的自身时变规律研究。为此,本文对各类传感器的布置位置和数量进行了详细说明,对各类异常修复后的监测数据进行了10分钟平均、小时平均、日平均、三日平均和月平均等处理,研究各类数据时程曲线的日变规律、月变规律和年变规律等,并对比了同类不同位置的传感器的监测结果。研究表明:该桥的横桥向风速大于顺桥向风速,空气温度和湿度成负相关,路面温度最大、结构温度次之、空气温度最小,顺桥向和竖桥向位移大于横桥向位移,加速度数据可以准确的识别出桥梁的模态频率。（3）研究环境作用和结构响应的相关性规律,找出强相关的环境作用和结构响应作为桥梁预警相关性建模的输入项,是进行桥梁性能预警的基础。各类不同的环境作用和结构响应的相关性不同,并且在横桥向、顺桥向和竖桥向的相关性也不同。为此,本文对已经修复的风速、温度和湿度与不同位置的位移数据的相关性进行了分析,分别统计了横桥向、顺桥向和竖桥向的相关系数。并研究了主跨长度与空气温度的相关性,以及最外层拉索长度与空气温度的相关性,绘制了相关性分析图、进行了回归分析和统计了相关系数。研究表明:横桥向位移与横桥向风速、索塔顶部顺桥向位移与温度、主跨长度与温度、桥梁最外层拉索长度与温度共4类相关性较强,本文提出此4类环境作用和结构响应均可作为预警相关性建模的输入项。（4）研究环境作用和结构响应的相关性规律可以确定桥梁预警相关性建模的输入项,但是结构响应（位移）会受到各类噪声干扰,导致环境作用和结构响应的相关性建模精度低,容易造成误警。此外,结构响应（加速度）同样受到噪声干扰,从而影响模态识别结果。为此,本文提出使用改进的多速率融合方法对同位布置的位移和加速度数据进行相互修正。通过引入两个卡尔曼增益系数等改进了传统的多速率融合方法,使用模拟数据和实际监测数据分别验证了提出的方法,对比了融合前后位移数据的时域和频域特性。使用融合后的主梁跨中横桥向位移与横桥向风速进行了相关性建模,分析了相关系数、置信区间宽度和拟合方程。算例表明:提出的改进的多速率融合方法可以精确修正主梁跨中横桥向位移和加速度数据,融合后主梁跨中横桥向位移和风速的相关性得到提升,实现了环境作用（主梁跨中横桥向风速）和结构响应（主梁跨中横桥向位移）的精确建模。（5）强风作用下桥梁的索塔和主梁容易发生损伤,通过环境作用和结构响应精确建模后可以剔除相应的环境效应。但低相关性的环境效应缺少对应的剔除方法、传统的预警指标预警率低、传统的控制图无法同时监测大偏移和小偏移等问题均会造成漏警。为此,本文建立了横桥向风速-位移的精确相关性模型剔除风效应,使用主成分分析剔除车辆荷载效应,提出建模误差的马氏-欧式距离的新联合新预警指标和Shewhart-CUSUM组合控制图执行性能预警。算例表明:提出的预警方法可以精确识别强风作用下桥梁索塔和主梁的性能退化。温度作用下热胀冷缩、车辆荷载等会导致主梁和索塔移动均会造成拉索疲劳损伤,而桥梁上没有直接监控拉索长度变化的传感器。为此,本文提出使用十分钟平均剔除动力作用的影响,使用相关性建模剔除静力作用的影响,提出使用索塔顶部到主梁跨中的距离代表最外层拉索长度进行预警,使用最外层拉索长度和温度的建模误差作为预警指标。算例表明:提出的预警方法可以精确识别温度作用下桥梁拉索的性能退化。