钢结构具有诸多性能优势,被广泛应用于我国铁路桥梁建设中。但在长期的车辆交变荷载作用下,无论是钢结构磕碰带来的外表损伤或是焊接缺陷导致的内部损伤,都易发展成初始疲劳裂缝,引发疲劳破坏,埋下重大安全隐患。作为世界桥梁大国,我国现存桥梁上百万座,现如今面临着繁重的桥梁检测、养护、维修和加固任务,钢桥也占有相当一部分比例。钢桥检测存在构件检测难、检测费用高等问题。目前对钢桥疲劳评估的成熟应用,还限于现场的疲劳敏感部位布设应变片或钢弦应变计测点,获取动态电测车辆通过时的应变历程,然后调研运营历史、分阶段归类,再与相应构造细节的疲劳设计曲线对比进行评估。该方法理论严谨,但在过程上又有诸多的不确定性,评估结果与真实情况有很大差距。对于制式桥梁器材,又存在不易掌握过往荷载等诸多局限。本文研究旨在通过光学应变图像避开传统对动态应变历程采样的环节,对使用了任意时段的钢材构件,采用光学应变测量手段直接识别疲劳损伤发展的程度,为钢桥构件及钢结构制式器材的疲劳状态评估提供一种新的途径。本文针对三维数字图像技术（3D-DIC）在疲劳监测中的应用需求,设计并加工了Q345q D试件进行疲劳试验,研究确定应用于疲劳监测的可行性和实施方案。主要研究内容如下:第1章:系统性地介绍了钢结构疲劳损伤研究、疲劳裂缝原状图像识别技术以及三维数字图像相关法的发展、研究概况和应用情况。确定将图像信息转换为数字检测量,通过研究疲劳进程中某种参数的变化,实现更早检测到疲劳异常作为研究目标。第2章:调研钢桥构件及制式桥梁器材常用构造细节,进行有限元模拟分析,确定适用于钢桥疲劳研究的八种构造细节试件;提出ARAMIS三维数字图像测量系统与疲劳试验机联动方法,编制形成应用于疲劳研究的光学应变测量方法和操作实施细则;完成光学测量可行性分析,进行测量数据特征分析,确定疲劳试验参数、数据提取方向及具体试验方案。第3章:通过静载试验确定ARAMIS系统能够非接触动态采集测量表面的图像数据,满足精度要求;完成47根不同构造细节试件的疲劳试验,获得应力比及疲劳寿命,提出了缺陷构件、变形矫正构件和梯形搭接焊缝等构造的推荐疲劳抗力设计参数,给出设计建议;回归取得八类S-N曲线方程,为疲劳损伤模型的建立创造参数基础。第4章:对光学图像数据群进行分析研究,提出通过取截面线均值的方法能够获取截面名义应变;提出可在应变等值云图上截取最大应变特征值作为疲劳监测数值系列。研究发现最大应变特征值来自裂缝尖端微观损伤,不随荷载循环变化而改变位置,所得到的测量数据客观有效、实施性强,是数字图像应用于疲劳监测的最优测量参数;发现不同试件数据都具有类似的指数函数特征,确定选取4参数幂指数函数,可有效拟合应变最大值随疲劳进程变化趋势。第5章:提出自动化提取图像应变特征值方法,取得所有试件εmax-N疲劳寿命曲线,得到最大应变随疲劳过程的变化规律;在基于S-N曲线的疲劳评估理论基础上予以拓展,提出原真数据处理方法,得到基于数字图像的疲劳损伤ε-N计算通式,可通过求取反函数得到检测时刻的寿命占比;建立疲劳损伤检测系统,提出疲劳损伤早期识别方法并进行试验验证。验证结果表明,采用数字图像εmax-N评估方法,能够比监测到裂纹的疲劳时段（通常为疲劳寿命的90%）提前约20%。成果可为钢桥预防性疲劳维护措施的制订提供依据。