桥梁在服役期间承受复杂多因素荷载的耦合作用,包括运营荷载、环境因素、性能退化甚至自然灾害。其中温度荷载是环境因素中最为重要的一部分,钢筋混凝土箱梁在太阳辐射、环境温度和风等随机因素共同作用下产生的瞬态不确定性温度场,引起截面不均匀的温度分布,引起温度应力的集中和挠曲变形,甚至引起严重的温致裂缝,造成桥梁承载能力严重退化,不符合工作服役期间的安全性、耐久性的要求。此外,基于振动的损伤识别方法中环境因素尤其是温度对损伤识别的准确性有较大影响,因此将结构监测系统真正应用到桥梁状态的评估及损伤识别前,必须首先剔除温度等环境因素对损伤识别的影响,如何从多因素耦合的结构响应中分离温度效应等单因素效应成为研究的热点与难点,研究温度时空分布十分必要。基于有限元的传统桥梁温度场分析方法难以考虑太阳辐射、环境温度和风等不确定性的随机因素对瞬态温度场的影响,往往与实际不符,研究基于监测数据的全桥真实温度荷载模型的建立将更有实际意义。本论文的研究内容分为下面几个部分:首先,建立起确定性晴空太阳辐射,根据空间几何关系,得到太阳高度角、方位角与太阳时角、太阳赤纬、所在地纬度之间的解析关系式,考虑桥梁不同表面方位角与倾角,得到一天之内任意时刻太阳辐射入射角以及桥梁的太阳辐射热流的边界条件。研究箱梁悬挑翼缘对腹板的遮挡形成的阴影,得到了一天之内箱梁表面阴影随时间的演化。然后,建立混凝土箱梁桥三维热力学有限元模型,研究在环境温度、太阳辐射和对流换热等因素共同作用下温度时空分布规律,考虑了时变阴影不均匀受热对箱梁温度分布的影响。最后,在确定性热物理模型的基础上,提出了一种基于卡尔曼滤波重构混凝土箱梁全桥温度时空分布的方法,该方法可考虑量测噪声和不确定性边界热流的影响。利用少量温度传感器量测值,得到太阳辐射强度等不确定性参数的最优估计和全桥其他任意位置的温度分布。通过某桥数值算例验证该方法的可行性和有效性,并且研究了不同信噪比和初始温度值对滤波准确性和鲁棒性的影响。该方法为基于监测数据的全桥真实温度荷载模型的建立提供了可能性。