大型桥梁服役环境恶劣且复杂,在长期的车辆荷载、风荷载等动力荷载作用以及环境的长期侵蚀作用下,桥梁关键构件会发生疲劳开裂、锈蚀等病害,继而导致全桥安全性能退化,严重者甚至会危及桥梁的服役安全。疲劳和锈蚀作为大型桥梁钢构件的典型病害,一直是大型桥梁状态评估领域的热点研究问题。钢结构的疲劳损伤是多种荷载以及因素耦合作用的结果,往往起源于结构的局部细节,然后逐步萌生和扩展,具有明显的尺寸效应。对于焊接构件,除车辆等疲劳荷载外,焊接残余应力对其疲劳性能具有显著的影响。斜拉索作为大型桥梁结构中应用最普遍、最重要而且也是寿命最短的承力构件之一,在车辆荷载以及腐蚀环境的耦合作用下,其抗疲劳性能会显著降低,材料脆性增强,最终成为大型桥梁结构中服役寿命最短的构件。车辆荷载作为钢桥梁疲劳寿命的主导因素之一,是服役桥梁安全性退化和剩余寿命预测的荷载标准依据。为此,从结构体系的角度出发,建立原位过桥车流随机荷载模型以及环境模型,提出适用于考虑原位车流荷载、环境温度作用、焊接残余应力以及锈蚀等多因素耦合效应的大型桥梁关键构件疲劳评估方法是本文的研究目标。本文基于某斜拉桥健康监测系统长期监测的信息,从原位交通荷载、环境温度作用、多尺度基准模型的建立与更新、考虑多因素耦合效应的疲劳评估方法4个方面展开了深入研究。本文的主要工作和贡献如下:（1）公路桥梁车辆疲劳荷载谱与车流荷载随机过程模型。本文首先根据安装于公路桥梁上下桥断面的动态称重系统多年的车流监测信息,对过桥车流荷载进行了统计,并建立了相应的车辆疲劳荷载谱与原位车流荷载随机过程模型。在已经任意时刻过桥交通流的车流量、构成以及相关车辆抵达时间以及个体特征信息的条件下,采用元胞自动机方法对桥上车队的演化过程进行仿真,以获取任意时刻桥上车辆的具体分布位置,继而为后文的桥梁的状态评估和寿命预测提供荷载分析模型。（2）环境温度概率分布模型及其对钢桥面板疲劳性能的影响。本文分别从不同温度条件下沥青混凝土铺装路面导致的汽车荷载扩散效应以及沥青混凝土铺装层与桥面之间的复合刚度效应两个方面来研究了温度对钢桥面板疲劳性能的影响。并基于桥址位置的环境温度监测信息、桥面温度监测信息以及结构温度监测信息分别建立了桥址位置环境温度的概率分布模型、桥面铺装层以及结构温度与环境温度之间的关系模型。（3）桥梁多尺度有限元建模及其监测数据孪生模型修正方法。建立考虑结构损伤尺寸效应的多尺度有限元模型是对结构状态进行准确评估的关键。然而,有限元模型中尺寸误差、材料属性误差、边界条件误差、模型分析算法误差以及模型阶次误差等因素的影响,实际结构与有限元模型之间必然存在一定的差异。而这种差异的存在,会严重影响结构状态的评估乃至寿命预测结果的准确性。因此,本文提出了多尺度有限元模型的修正方法（径向基响应面的模型修正法、基于多任务联合优化网络的多尺度有限元模型修正法以及基于多模态融合回归网络的多尺度有限元模型修正法）。为保证有限元模型的高保真度,在这些多尺度有限元模型的修正方法中,本文将传统模型修正中的单目标优化问题转化为超多目标函数对应的Pareto优化问题进行优化求解。（4）斜拉桥正交异性桥面板车流与温度作用下的疲劳评估。根据某长江大桥健康监测系统多年监测的结构应变响应信息、车流信息以及桥面铺装层温度信息,建立了可同时考虑车辆荷载和环境温度作用的疲劳损伤回归模型,并进一步提出了一种基于疲劳损伤回归分析模型的疲劳可靠度评估方法,最后将其用于某斜拉桥正交异性钢桥面结构的疲劳寿命预测。有别于传统的基于应力-寿命关系的评估方法,该方法不仅能够考虑车辆荷载与环境温度之间的耦合效应对钢桥面板疲劳性能的影响,而且能够量化荷载作用次序以及过桥交通流增长模式对结构疲劳寿命的影响效应。（5）基于数字孪生的斜拉桥混合监测与正交异性桥面板疲劳评估。焊接残余应力是正交异性桥面板疲劳开裂的重要诱因,在交通荷载的反复作用下,裂纹将从焊接残余应力受拉区域逐步萌生和扩展。仅基于已有的交通荷载监测信息对正交异性桥面板进行疲劳评估,而忽略交通荷载、环境温度作用与焊接残余应力之间的耦合作用,难以准确地对正交异性钢桥面板的疲劳进行评估。基于此,本文将数值子模型技术用于正交异性桥面板中上顶板与U肋间连接焊缝的焊接残余应力的分布特性以及与车致应力、环境温度作用之间耦合效应的研究。针对传统的基于应力-寿命关系的评估方法中无法考虑焊接残余应力的缺点,本文采用基于连续损伤力学理论的非线性疲劳损伤模型对某在役斜拉桥的正交异性钢桥面板中上顶板与上顶板U肋的连接焊缝进行评估,并基于正交异性桥面疲劳实验对该非线性疲劳损伤模型进行了验证。（6）斜拉桥拉索车流荷载与腐蚀环境作用下的疲劳评估。在外部荷载以及腐蚀环境的耦合作用下,在役平行钢丝斜拉索索体中的高强钢丝腐蚀会加剧,抗疲劳性能降低,脆性增强,继而使斜拉索发生严重疲劳病害,过早的失去使用功能。本文首先根据不同锈蚀程度下的1670级高强钢丝的疲劳实验结果,结合多参数威布尔分布模型建立了不同锈蚀程度下考虑预拉力影响的高强钢丝的疲劳寿命分布模型;接着以单根高强钢丝的疲劳寿命分布模型为基础,基于并联体系理论,利用蒙特卡洛仿真方法建立了考虑索力与锈蚀之间耦合效应的斜拉索疲劳寿命模型;最后,基于已经建立的过桥车流荷载模型对不同锈蚀状态下的某斜拉桥斜拉索疲劳状态进行了评估。