桥梁集群是指由区域路网或城市环线内多座桥梁所构成的桥梁群体。与单座大型桥梁不同,集群数据既涵盖有监测系统桥梁的监测信息又包含无监测系统桥梁的检测信息,数据类别多;集群内非相似桥梁结构需逐一进行针对性数据处理,工作量大;集群内相似桥梁之间数据具有关联性,可挖掘性强。因此,如何有效利用集群数据特征,实现全部桥梁的损伤诊断是健康监测领域颇具挑战性的课题。针对这一难题,分别从集群内有监测系统的非相似桥梁、有监测系统的相似桥梁及无监测系统的桥梁三个方面开展了系统研究,主要研究内容包括:针对如何构建时变环境下损伤诊断所需的桥梁有限元基准模型问题,提出概率有限元基准模型的概念。研究时变环境下桥梁固有频率监测数据的分布特征,提出基于高斯混合分布的聚类分析算法,实现对海量监测数据的分类;每一类别下,依托随机有限元模型修正理论,引入Kriging代理模型,提出桥梁结构概率有限元基准模型的构建算法;结合异常诊断算法理论,构造基于概率有限元基准模型的结构损伤诊断因子,实现对集群内非相似桥梁结构的损伤诊断,弥补了传统有限元技术无法描述监测数据分布规律的缺陷。探索适用于时变环境下损伤诊断的桥梁数据基准模型构建问题,提出建立稳态数据基准模型的思想。利用矩阵奇异值分解与重构技术,研究基于桥梁结构应变监测数据重构的去噪算法;分析交通荷载变化对桥梁结构应变监测数据的影响规律,提出应变监测数据交通荷载趋势项提取算法,并证明了该算法的有效性;采用K-mean聚类分析,提出桥梁结构稳态数据基准模型的构建算法;在此基础上,对应变监测数据交通荷载趋势项提取算法进行扩展,实现对集群内非相似桥梁结构的损伤诊断,有效减弱了运营环境变化对数据基准模型的影响。面对如何利用集群内环境荷载相似的特点进行桥梁结构损伤诊断问题,提出无历史参考状态的桥梁集群结构损伤诊断方法。利用集群内相似桥梁结构应变响应之间具有高度相关的特征,研究基于监测数据相似度的桥梁结构应变聚类分析算法,建立多个具有相似概率分布的应变数据类别;每一类别下,采用相同时段内应变数据累积分布函数相同的特点,构建无历史参考状态下桥梁结构损伤诊断因子;以异常诊断算法为框架,实现对集群内相似桥梁结构的损伤诊断,避免了传统桥梁损伤诊断方法对参考状态数据的依赖。为了解决集群内无监测系统桥梁结构损伤诊断的问题,提出桥梁结构损伤的快速诊断策略。依托准静力影响线法桥梁荷载试验技术,利用矩阵零空间理论,提出基于准静力位移影响线的桥梁结构损伤诊断算法;采用数值模拟与模型桥试验,详细讨论了损伤前后加载车非一致性、算法鲁棒性及抗噪能力等关键问题,对比验证了所提算法的有效性;在此基础上,面向分布式布里渊光纤传感技术,拓展算法具备处理高密度应变测试信息的能力,提出基于准静力应变影响线的桥梁结构损伤定位算法。与前述基于监测信息的桥梁集群诊断方法相结合,实现集群内全部桥梁结构的损伤诊断。