本发明提供了一种基于弱反射率光栅阵列的桥梁主梁安全监测系统及方法，其系统中的弱反射率光栅阵列获得桥梁主梁的光栅应变信号、光栅温度信号和光栅振动信号；混合空分波分时分复用的解调装置分别对光栅应变信号、光栅温度信号和光栅振动信号进行解调，获得光栅应变数据、光栅温度数据和光栅振动数据，并将光栅数据发送至数据分析处理装置；数据分析处理装置对光栅数据进行处理，确定桥梁主梁的多物理参量，并根据多物理参量确定桥梁主梁的安全状态；监控终端装置用于构建桥梁主梁的虚拟模型，并基于虚拟模型将多物理参量进行实时动态展示。本发明提高了安全监测的可靠性，并实现了对桥梁主梁的高精度、大容量、长距离、低成本及无损监测。