承载能力评估是桥梁结构健康监测的重要内容之一,也是目前桥梁结构健康监测领域的研究热点和难点。结构损伤的概率度量和车辆荷载效应概率分布的不确定性估计是既有桥梁结构承载能力评估的前提,在结构可靠度理论框架下发展与设计阶段承载能力验算相衔接的承载能力评估方法,则是既有桥梁结构承载能力评估的核心任务。本文针对上述关键问题开展研究,主要工作包括:(1)对桥梁结构健康监测发展状况和承载能力评估研究进展进行综述。介绍了桥梁结构健康监测的概念、组成、工程应用现状以及进展与不足,全面综述了包括结构损伤识别方法、车辆荷载及其效应估计方法以及承载能力评估方法在内的既有桥梁结构承载能力评估关键技术研究现状。发展并完善了桥梁结构健康监测系统架构,并扼要介绍了广州新光大桥结构健康监测系统。(2)开展基于时间序列的损伤概率分析方法研究。传统的基于时间序列的损伤识别方法一般只能给出结构是否发生损伤的简单判断,而未能给出结构发生损伤的概率度量。本文利用结构响应时间序列构建了残差指标、前三阶指标和欧氏距离指标这三个损伤指标,并研究了所构建的损伤指标的概率分布,在此基础上提出了损伤阈值的基本概念以及损伤概率的计算方法,可以从概率层面有效量化结构发生损伤的可能性。同时,从损伤概率的角度提出了损伤指标敏感性和抗噪性评价的新思路,通过数值模拟对不同损伤指标的敏感性和抗噪性进行了对比研究。最后,基于实测数据将所提方法应用于试验模型和广州新光大桥钢拱桥吊杆的损伤概率分析,验证了所提方法的有效性。(3)开展车辆荷载效应概率分布的鲁棒贝叶斯估计方法研究。传统的车辆荷载效应截口分布分析一般只考虑“单一最优参数”与“单一概率模型”,忽视了车辆荷载效应数据中所蕴含的参数与模型两个层面的不确定性。本文以荷载效应数据获取过程中的不确定性为切入点,以贝叶斯理论框架为基础,提出了针对参数层面不确定性的贝叶斯参数估计方法以及针对模型层面不确定性的贝叶斯模型选择方法,最终获取“参数后验概率分布”与“多个概率模型的相对权重”,从而为车辆荷载效应概率分布提供了更为稳健的估计方法。基于实测数据将所提方法应用于广州新光大桥构件的车辆荷载效应截口分布估计,在此基础上对后续使用期内车辆荷载效应最大值概率分布进行了外推预测。(4)开展基于可靠度理论的既有桥梁结构承载能力评估方法研究。为了使既有桥梁结构承载能力评估方法与新建桥梁结构设计中的承载能力验算方法相衔接,本文采用年失效概率相等法确定既有桥梁后续使用期的目标可靠指标,并基于前述损伤概率分析结果及人工检测数据确定结构构件退化后的抗力统计参数,基于前述鲁棒贝叶斯评估方法更新车辆荷载效应的概率分布。综合更新后的目标可靠指标、构件抗力统计参数及荷载效应概率分布,提出了基于可靠度理论的结构构件抗力评估方法,为既有桥梁结构承载能力评估提供了直观的、易于工程应用的抗力利用率结果。将所提方法应用于广州新光大桥桥面系钢纵横梁及拱肋吊杆等关键构件的承载能力评估,验证了所提方法的可行性。研究表明,所提出的基于时间序列的损伤概率分析方法可以为结构发生损伤提供科学的概率度量;所发展的车辆荷载效应概率分布的鲁棒贝叶斯估计方法可以对荷载效应概率分布作出更为稳健的估计;在上述工作基础上所建立的基于可靠度理论的结构构件抗力评估方法,可以对既有桥梁结构承载能力作出更为合理的评估。上述方法在广州新光大桥关键构件承载能力评估中的成功应用,验证了所提出方法的有效性和工程实用性。