如今交通量增长、车辆载重提高、桥梁老龄化等问题严重,大量处于运营阶段的桥梁病害问题突出,定期对桥梁进行检测评估尤为重要。人工观测过于依赖检测人员的主观经验,且需要借助支架、桥检车等设备接近桥梁结构,适用性不强,可达性不高;同样,以埋入式或外贴式传感器为代表的接触式检测方法也无法适用于环境恶劣、难以接近的既有桥梁;相比较而言,非接触式检测方法应用更为广泛。而常见的非接触式检测方法,如水准仪、全站仪等仅可通过单点采集来获取少量的观测点坐标信息,效率低、工作量大,且仅能反映有限点位处的信息。三维激光扫描技术却可将这种以有限控制“点”为对象的检测方法转换为以实体“区域”为对象的检测方法,全面获取桥梁表面大量点的坐标信息,形成桥梁三维点云模型,便于分析桥梁整体变形信息并推测其内部力学状态变化,且自动化程度、扫描效率均非常高。因此,在桥梁检测中使用三维激光扫描技术可有效、快速地获取桥梁整体及其局部的空间形态变化,并以此变化趋势分析其力学状态,从而实现基于非接触检测技术的桥梁服役性能评估。本研究提出一种基于三维点云数据的桥梁空间形态以及力学性能的分析方法,并使用该方法对依托工程河东大桥(大跨度连续刚构桥)进行空间形态及力学性能分析。首先,针对激光扫描得到的桥梁结构非异变点云提出两种配准方法:基于特征点云的稳健配准方法和基于工程经验的配准方法。相比较于对所有点同时配准的传统ICP算法,这两种方法更加可靠、高效。然后,基于上述两种点云配准算法,本文将桥梁结构空间形态变化进一步分为三个层次进行分析:桥梁整体刚体位移、构件整体刚体位移以及构件内部变形。其中,由桥梁整体位移可得到桥梁整体的刚体平移和转动,由构件整体位移可得到构件沿横桥向、纵桥向、竖向的刚体平移和转动,由构件内部变形可得到构件层面的弯曲、扭转。进而,归纳引发桥梁空间形态变化的潜在因素,通过有限元数值分析,得到桥梁在各潜在因素作用下空间形态变化的标准模式。最后利用影响矩阵法的模型更新原理,根据点云分析得到的桥梁空间形态变化向量,反演该形态变化所对应的病害因素或损伤形式。该方法非接触、高精度、高效率,利用变化趋势分析结果可快速评估桥梁运营状态,为桥梁安全运营以及维修决策提供全面可靠的判断依据。