工程结构在地震等灾害作用下常呈现一定的非线性特性,其参数识别对灾后结构应急评估与安全评价具有重要意义。遭遇地震作用时,非线性结构外荷载环境复杂,难以获得完备的结构荷载信息。非线性结构的地震反应由外部作用和结构参数两方面因素决定,单一方面的评估和识别往往难以获得准确结果。因此,发展输入信息不完备条件下适用于非线性结构的参数与荷载识别方法是土木工程领域十分重要且颇具挑战性的课题。本文提出了适用于非线性结构的荷载、参数识别方法,探讨了改善识别效果的手段,结合简化数值模型、有限元模型数值仿真分析及振动台试验进行所提方法的讨论与验证。本文研究内容与结论主要包括以下五个方面:1.研究了基于正交分解的非线性结构外荷载识别方法,提出了确定标准正交基分解阶数的经验公式,并对经验公式的可靠性进行了讨论与验证。通过非线性结构在周期荷载、白噪声、地震以及冲击荷载作用下的数值仿真分析验证了正交分解方法对非线性结构外荷载识别的适用性,并通过迭代、时间窗等方法改善了外荷载的识别效果。2.提出了基于状态量扩展的非线性结构外荷载识别方法,将离散的外荷载时程作为未知量扩展到状态量中,通过非线性估计方法识别外荷载。该方法解决了荷载识别过程中未知量数量众多、计算效率低的问题。在非线性结构外荷载识别过程中,提出了隐性卡尔曼滤波器(UKF)识别过程中的协方差矩阵参数的实用设置方法。本研究通过单自由度和多自由度模型数值仿真分析进行了荷载识别方法的验证。研究结果表明,基于扩展状态量的非线性结构荷载识别方法具有较好的精度,对模型误差和测试噪声具有较好的鲁棒性,相比于基于正交分解的荷载识别方法,扩展状态量的识别方法更适于冲击荷载、白噪声等宽频激励的识别。3.针对非线性结构分别开展了基于正交分解的参数与荷载同步识别方法研究和基于状态量扩展的参数与荷载同步识别方法研究。通过非线性结构数值仿真分析验证了所提方法的正确性,并分别讨论了参数及荷载识别效果对噪声敏感性。研究结果表明,基于直接扩展状态量的同步识别方法计算效率较高,适用基于复杂模型的参数与荷载的同步识别;而基于正交分解的同步识别方法可通过迭代和时间窗改善精度,但状态量中未知数个数较多,计算量大,适用于基于简化结构模型的同步识别。4.在OpenSees-MATLAB反问题联合分析平台中建立了输入信息有限条件下的非线性结构参数、荷载识别方法。该方法可通过OpenSees建立非线性有限元模型并完成结构正问题求解,从而实现结构反应预测;通过MATLAB实现UKF算法完成反问题分析。该成果通过五层非线性混凝土框架模型的数值仿真分析进行了验证。在数值仿真分析中,采用敏感性分析的方法确定了待识别的模型本构参数。识别结果进一步验证了基于正交分解的方法以及基于状态量扩展的方法对非线性结构是适用的,而基于扩展状态量的同步识别方法具有较高的计算效率。5.以三层隔震框架缩尺模型为研究对象,通过振动台试验研究验证了本文所提的同步识别方法,并进一步验证了隔震结构“小震、中震不坏,大震可修”的抗震设防目标。以试验模型的实测响应作为观测量,选择地震动和对结构反应影响较大的参数作为未知量,通过OpenSees-MATLAB反问题分析平台,实现振动台试验模型结构的参数识别和地震输入识别,验证了基于非线性结构动力反应的参数与荷载同步识别方法的适用性。