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我国正处于新型工业化和新型城镇化的快速发展时期，大批重大基础设施项目已经完成或相继开工建设。与此同时，工程结构在环境侵蚀、材料劣化、日常服役荷载等作用下逐渐发生性能退化。近年来桥梁坍塌事故频发，造成了重大经济损失和人员伤亡并产生了极其恶劣的社会影响。因此，对规模庞大、系统复杂的基础设施进行有效地维护管理并保障其安全运营是国内外关注的共同课题，大量的科学研究与工程实践表明，利用检测技术和健康监测技术发现桥梁的早期损伤和安全隐患是解决该问题的有效途径。但是基于定期检测的桥梁技术状况评定主要以人工为主，费时费力；基于各类先进传感器的桥梁健康监测技术获得的海量监测数据难以分析出结构损伤，且健康监测系统价格昂贵难以广泛应用于中小桥梁。随着自动化和快速测试技术的研究与发展并逐步应用于桥面损伤、桥身裂纹、拉索断丝、桥墩下沉等的检测，明显提高了测试效率。近年来冲击振动测试理论逐渐发展并开始应用于工程实际，其优势在于同时测量结构的输入和输出而得到更深层次的结构参数，但是由于在激励方式和理论开发方面受到限制而没有得到广泛应用。针对这个问题，本文提出了一种基于车桥耦合振动的桥梁的快速测试与诊断方法，论文的研究内容及创新点如下：
（1）基于车桥耦合振动的桥梁快速测试整体思路及激振设备研发。针对传统的力锤或激振器无法有效激起桥梁的振动模态和实际工程应用效率低的问题，本文提出了一种基于车桥耦合振动的桥梁快速测试方法，该方法利用移动车辆代替力锤或者激振器直接对桥梁进行激励，在测试过程中监测车轮力和桥梁的响应，利用冲击振动测试的思想对桥梁进行深层次参数识别。并对荷载产生设备进行了研发和改进，开发了一种适用于车桥耦合振动快速测试理论的测试车辆，通过软硬件一体化，该车集成了有效的激振设备和成套的控制系统，能够方便快捷地激起桥梁的多阶振动模态和满足桥梁深层次参数识别的要求。
（2）提出了基于车桥耦合振动的桥梁快速测试理论。传统的冲击振动测试方法主要借助力锤或激振器对桥梁进行指定参考点冲击，为了有效激起桥梁的振动通常对桥梁进行分块测试，然后对各分块进行数据融合，相关的理论有多参考点、单参考点、无参考点等方法。本文提出的基于车桥耦合振动的桥梁快速测试方法，以移动车辆代替传统冲击装置，测试过程中移动车辆在桥面上发生着时空变化，不同于传统冲击位置是桥面上的离散点，移动车辆作用在桥面上的是多轴同时激励的连续车轮力。传统的理论方法已经不再适用，需要开发一套适用于车桥耦合振动进行桥梁测试的理论，该理论主要包括通过识别车轮力将复杂的车桥耦合振动解耦为独立的车辆振动系统和桥梁振动系统；然后将多轴连续车轮力通过荷载分配函数等效为节点荷载，包括节点竖向荷载和弯矩荷 载，从而将桥梁看作是一个复杂的多输入多输出振动系统；最后利用基于输入和输出数据估算的位移频响函数矩阵进行模态参数识别和柔度矩阵识别，包括频响函数提取、奇异值分解、增强频响函数重构、模态缩放系数识别等。并通过实验和数值模拟验证了算法的有效性。
（3）研究了基于车桥耦合振动与长标距应变测量的桥梁快速测试方法。为了提高利用冲击振动思想进行桥梁结构柔度识别的性能，结合车桥耦合振动和长标距应变传感器宏微观测量的优势，本文提出了基于车桥耦合振动的应变柔度和位移柔度识别方法。创新方法利用移动车辆代替传统的力锤或激振器对桥梁进行激励，利用长标距应变传感器代替加速度计，在测试过程中同时采集车轮力和结构的长标距应变，通过车轮力对车桥耦合系统进行解耦合，并将桥梁看作是一个以车轮力为输入以长标距应变为输出的线性时不变系统，结合了长标距应变传感技术宏微观结合的独特优势，实现了桥梁应变柔度和位移柔度的双重反演。基于以上识别的参数建立损伤识别的指标，其中本文得到的柔度矩阵是结构的深层次参数，能够反映结构的刚度分布，是建立损伤指标的重要参数，并且利用识别的柔度矩阵能够预测结构在任意静载作用下的变形，基于以上分析结合现行的桥梁评估规范进行桥梁快速评估。
(4) 提出了基于改进的Prony方法的结构柔度识别理论。结构柔度矩阵的准确估计对于挠度预测、损伤检测、有限元模型修正等实际工程问题至关重要。本文提出了一种利用受噪声干扰的输入和输出信号来估计结构柔度矩阵的新方法。首先利用采集的冲击力和结构的加速度响应计算结构的脉冲响应矩阵，然后利用位移振型的正交性构造增强的脉冲响应函数并通过Cadzow算法对其进行去噪处理，最后改进了传统的Prony方法识别出结构的基本模态参数和柔度矩阵。增强脉冲响应函数在以上模态参数识别过程中具有独特的优势，它在空间域上将多维的脉冲响应函数降维为单自由度脉冲响应函数，在时间域上将多模态的脉冲响应函数降阶为单模态脉冲响应函数，实现了将多自由度的多模态耦合的复杂问题转化为单自由度单模态脉冲响应函数进行模态参数识别的简单问题，能够准确识别结构的频率、阻尼比、模态缩放系数，进而得到结构的柔度。数值仿真和试验室实验验证了所提出的理论的正确性。
本文将基于车桥耦合振动的桥梁快速测试方法与理论应用于实际工程。首次将开发的测试车辆应用于实桥测试，配合力锤激励进行了多种工况下的桥梁测试方案，包括多参考点定点冲击、移动连续冲击和车桥耦合。结果表明通过测试车辆能够方便快捷地实现对桥梁的有效激励，满足深层次参数识别的要求。
（1）基于车桥耦合振动的桥梁快速测试整体思路及激振设备研发。针对传统的力锤或激振器无法有效激起桥梁的振动模态和实际工程应用效率低的问题，本文提出了一种基于车桥耦合振动的桥梁快速测试方法，该方法利用移动车辆代替力锤或者激振器直接对桥梁进行激励，在测试过程中监测车轮力和桥梁的响应，利用冲击振动测试的思想对桥梁进行深层次参数识别。并对荷载产生设备进行了研发和改进，开发了一种适用于车桥耦合振动快速测试理论的测试车辆，通过软硬件一体化，该车集成了有效的激振设备和成套的控制系统，能够方便快捷地激起桥梁的多阶振动模态和满足桥梁深层次参数识别的要求。
（2）提出了基于车桥耦合振动的桥梁快速测试理论。传统的冲击振动测试方法主要借助力锤或激振器对桥梁进行指定参考点冲击，为了有效激起桥梁的振动通常对桥梁进行分块测试，然后对各分块进行数据融合，相关的理论有多参考点、单参考点、无参考点等方法。本文提出的基于车桥耦合振动的桥梁快速测试方法，以移动车辆代替传统冲击装置，测试过程中移动车辆在桥面上发生着时空变化，不同于传统冲击位置是桥面上的离散点，移动车辆作用在桥面上的是多轴同时激励的连续车轮力。传统的理论方法已经不再适用，需要开发一套适用于车桥耦合振动进行桥梁测试的理论，该理论主要包括通过识别车轮力将复杂的车桥耦合振动解耦为独立的车辆振动系统和桥梁振动系统；然后将多轴连续车轮力通过荷载分配函数等效为节点荷载，包括节点竖向荷载和弯矩荷 载，从而将桥梁看作是一个复杂的多输入多输出振动系统；最后利用基于输入和输出数据估算的位移频响函数矩阵进行模态参数识别和柔度矩阵识别，包括频响函数提取、奇异值分解、增强频响函数重构、模态缩放系数识别等。并通过实验和数值模拟验证了算法的有效性。
（3）研究了基于车桥耦合振动与长标距应变测量的桥梁快速测试方法。为了提高利用冲击振动思想进行桥梁结构柔度识别的性能，结合车桥耦合振动和长标距应变传感器宏微观测量的优势，本文提出了基于车桥耦合振动的应变柔度和位移柔度识别方法。创新方法利用移动车辆代替传统的力锤或激振器对桥梁进行激励，利用长标距应变传感器代替加速度计，在测试过程中同时采集车轮力和结构的长标距应变，通过车轮力对车桥耦合系统进行解耦合，并将桥梁看作是一个以车轮力为输入以长标距应变为输出的线性时不变系统，结合了长标距应变传感技术宏微观结合的独特优势，实现了桥梁应变柔度和位移柔度的双重反演。基于以上识别的参数建立损伤识别的指标，其中本文得到的柔度矩阵是结构的深层次参数，能够反映结构的刚度分布，是建立损伤指标的重要参数，并且利用识别的柔度矩阵能够预测结构在任意静载作用下的变形，基于以上分析结合现行的桥梁评估规范进行桥梁快速评估。
(4) 提出了基于改进的Prony方法的结构柔度识别理论。结构柔度矩阵的准确估计对于挠度预测、损伤检测、有限元模型修正等实际工程问题至关重要。本文提出了一种利用受噪声干扰的输入和输出信号来估计结构柔度矩阵的新方法。首先利用采集的冲击力和结构的加速度响应计算结构的脉冲响应矩阵，然后利用位移振型的正交性构造增强的脉冲响应函数并通过Cadzow算法对其进行去噪处理，最后改进了传统的Prony方法识别出结构的基本模态参数和柔度矩阵。增强脉冲响应函数在以上模态参数识别过程中具有独特的优势，它在空间域上将多维的脉冲响应函数降维为单自由度脉冲响应函数，在时间域上将多模态的脉冲响应函数降阶为单模态脉冲响应函数，实现了将多自由度的多模态耦合的复杂问题转化为单自由度单模态脉冲响应函数进行模态参数识别的简单问题，能够准确识别结构的频率、阻尼比、模态缩放系数，进而得到结构的柔度。数值仿真和试验室实验验证了所提出的理论的正确性。
本文将基于车桥耦合振动的桥梁快速测试方法与理论应用于实际工程。首次将开发的测试车辆应用于实桥测试，配合力锤激励进行了多种工况下的桥梁测试方案，包括多参考点定点冲击、移动连续冲击和车桥耦合。结果表明通过测试车辆能够方便快捷地实现对桥梁的有效激励，满足深层次参数识别的要求。