桥梁结构健康监测系统的运行积累了海量监测数据,由于这些海量数据是桥梁结构运行状态下遭受各种耦合作用的综合反应,所以如何有效地去除各种荷载和环境因素对监测数据的影响,从而准确地诊断桥梁结构状态,是当前桥梁结构健康监测领域颇具挑战性的课题。针对这一课题,本文利用结构健康监测的海量数据,研究基于海量监测数据的大跨度桥梁结构损伤诊断方法。系统总结了国内外考虑环境因素影响的桥梁结构损伤诊断的研究成果与发展趋势,并着重分析了基于海量监测数据的桥梁结构损伤诊断的关键问题。在此基础上,提出了按照环境因素对结构模态参数的影响程度实现对海量监测模态参数进行级别划分的思想。重点研究了多等级模态参数识别的算法理论。桥梁结构运行状态下的荷载和环境作用主要包括车辆荷载、环境温度和风速,因此,按照一定的准则可将某一范围内车辆荷载、环境温度和风速划分为一个运行等级。由于桥梁结构健康监测系统的运行积累了海量数据,所以对应每一个运行等级均有大量的数据,从而可以获得对应每一运行等级的桥梁结构模态参数随时间的变化规律和概率分布。该方法实为剔除环境作用对桥梁结构模态参数影响的一种实用方法。在多等级桥梁结构模态参数识别算法的基础上,在每一等级下,通过建立环境因素与结构模态参数的相关模型,以异常诊断为算法框架,提出基于多等级模态参数识别的桥梁结构损伤诊断方法。以实际桥梁工程为背景,利用南京长江三桥健康监测系统的海量监测数据,分析环境因素对该桥梁结构模态参数的影响规律,并进一步对本文所提算法理论进行工程验证。