提出一种基于改进PCA-K均值聚类-特征值分析法的双层桥面桁架式拱梁组合体系桥梁性能评估算法，并应用于基于安全监测的双层桥面桁架式拱梁组合体系中的吊杆体系养护阶段性能评估。该算法主要包括监测数据采集、多源异构数据预处理、关键因子确定、改进K均值聚类分析、目标阈值确定和基于特征值分析的性能评估等内容。通过收集桥梁性能监测数据，并对这些数据进行清洗，接着采用三次样条插值法对多源异构数据进行预处理。基于主成分分析法确定关键因子，并基于改进K均值聚类方法将性能参数数据分为三类。然后，基于有限元计算结果确定测点位置所对应的测点力学性能状态的目标阈值，通过将提取的均值与方差等特征值与目标阈值进行比较来评估桥梁性能状态。通过实例验证方法，并提出实际应用和未来研究方向的建议。研究表明，改进后K均值聚类方法与原始数据更接近，且相关系数最高，能够提高聚类分析的准确性和可靠性，基于改进PCA-K均值聚类-特征值分析法能够评估桥梁结构性能状态。