桥梁结构在使用过程中受自然环境、交通量增加、车辆荷载以及材料内部因素的共同影响,随着时间的推移会出现缺损和病害,使结构的耐久性降低、承载力下降,影响桥梁的使用寿命。目前,对在役桥梁结构状态评估的研究已成为土木工程领域的一个热门研究方向。桥梁荷载试验检测对于新桥投入使用前或桥梁受到意外损伤时的安全性评估具有积极的意义,然而荷载试验需中断交通,重复花费大量的人力、物力、财力等,其费用相对较高,并且只能适合于某个时段,存在时效性较差的问题。桥梁远程监测则能克服以上缺点,具有安全、实时、连续、及时预警预报的特点。随着结构健康监测技术的迅速发展、测试信息准确性的提高及现场测试条件的改善,为桥梁结构的状态评估提供了必要的支撑。本文旨在从桥梁结构非线性动力行为出发,在掌握大量监测信息基础上,通过提取系统特征指标,实现对在役桥梁的结构状态评估研究。本文的研究工作主要体现在以下几个方面：(1)对国内外结构状态评估方面的研究资料进行收集,系统总结了目前国内外的状态评估理论及其方法。介绍了混沌时间序列的基本理论,探讨系统混沌特征参数的定义及其计算方法,针对桥梁结构具有非线动力系统的特性,首次提出了应用混沌时间序列理论研究桥梁结构状态。(2)通过对大量的桥梁健康监测信息的分析,提出桥梁健康监测的时间序列中数据奇异性检测方法以及时间序列的消噪方法。剔除混杂在监测信号中的干扰与噪声,使其能够真实地还原实际的振动信号,为后面进行桥梁健康监测的时间序列分析提供可靠的数据。(3)基于混沌时间序列理论及其分析方法,分别对马桑溪大桥及ASCE Benchmark结构的健康监测信息进行分析和研究,在分析桥梁结构系统非线性特征与混沌时间序列的特征参数及其算法的基础上,结合Matlab程序进行数值分析,获取系统的特征指标。实验结果表明：ASCE Benchmark结构和重庆马桑溪大桥结构系统的最大Lyapunov指数均大于0且关联维数均为非整数且大于2,根据相关理论说明该系统均存在混沌现象；最大Lyapunov指数与样本数量和时间延迟均有一定敏感性,且λmax、D2能够随结构变化而演化,具有辨识结构状态的能力。通过数值模拟实验与实桥应用,分别验证了基于混沌系统特性的在役桥梁长期监测状态评估技术的可行性和有效性。本论文提出的方法对运营状态下大型桥梁的状态评估具有一定的借鉴作用。