土木工程结构健康监测对于保证人们的生命和财产安全具有十分重要的意义,结构健康监测系统的大规模应用普及是未来的发展趋势。基于智能手机的健康监测技术具有低成本、可普及程度广、简单便携的优点,有望实现对结构响应参数的快速获取,从而实现对结构安全的初步评估,近年来逐渐受到了学者们的关注。当前,智能手机在监测能够反映结构构件状态的应变响应方面,还缺乏适当的高精度测量手段。同时,智能手机监测结构加速度、位移响应的技术比较成熟,也应用到结构实例当中,但是对于地震作用下三维建筑结构的振动响应监测方法却没有进行过研究。针对上述问题,本文以基于智能手机的结构应变及振动响应监测方法研究为主线,首先,提出了一种基于智能手机的显微图像应变传感方法来实现结构表面应变的测量;其次,研究基于智能手机的地震作用下三维建筑结构加速度和位移响应监测方法并实现了对预制结构损伤的评估;最后,综合上述三种响应参数的监测方法,提出了一种新型的框架结构多响应参数监测框架,进一步完善了基于智能手机的结构健康监测系统。本文主要研究内容分为以下几个方面:（1）提出了一种基于智能手机的显微图像应变传感方法。该方法首先利用智能手机和一个便携的手机显微镜拍摄得到微米级的显微图像,之后利用机器视觉中的加速鲁棒性特征检测算法和M估计样本一致性算法检测显微图像内部特征的微小位移,得到一定测量距离结构表面的平均应变。以一根串联有光纤光栅传感器（FBG）的光纤为载体,设计了一个验证显微视觉测量应变敏感特性的对比试验装置并进行了试验,模拟结构表面产生应变的过程,验证该方法的可行性和准确性。结果表明,该方法利用不同像素的智能手机测量不同长度光纤的平均应变都与FBG测量的数据吻合良好,表现出较高的准确性。（2）提出两点追踪方法修正了由于智能手机相机焦点漂移造成的显微图像应变传感方法的零点漂移现象。为了分析修正后的应变传感方法测量结构静态和动态应变的能力,利用智能手机重复性的进行了应变敏感特性试验。将应变传感方法监测的光纤静态和动态应变与FBG测量的数据进行对比,结果表明,修正后的应变传感方法具有良好的准确性和可重复性,能够监测光纤的动态应变并对其中的高频分量具有一定的辨别能力。（3）提出并设计了一种新型的活塞式应变传感器配合显微图像应变传感方法使用。该传感器内置有固定大小的圆,可对显微图像内像素的实际大小进行自动标定。利用Harris角点检测算法和高斯拟合校正了由于显微镜镜头畸变和不均匀光照导致的图像失真,完善了显微图像应变传感方法,称为MISS（Micro Image Strain Sensing）方法。为了验证MISS方法搭配制作的传感器监测结构应变的精度和稳定性,设计了试验并与FBG测量的结果进行对比。结果表明,MISS方法结合传感器监测结构静态应变具有很高的精度和稳定性,测量结构动态应变的频率受到手机视频帧率的限制但基本满足结构需求。同时,传感器受温度变化的影响较小,通过经验公式和一支温度计可实现传感器的温度补偿。（4）提出了一种新型的基于智能手机的显微图像应变检测方法,可实现含有不同像素、光照和拍摄位置的手机协同工作测量结构应变的功能,称为MISS Ⅱ方法,同时,研发了一种新型传感器与之搭配。MISS Ⅱ方法利用弧支持线段圆形检测算法识别新型传感器内移动圆圆心相对于参考圆圆心的移动距离,并利用Hampel滤波修正圆心坐标识别不精确造成的异常值,得到传感器测量的结构表面的平均应变。为了验证MISS Ⅱ方法搭配传感器测量结构应变的精度和稳定性,利用两种不同的智能手机进行了试验并与FBG测量的结果对比。结果表明,MISS Ⅱ方法结合传感器测量结构应变具有良好的精度和稳定性。最后,基于Android平台和云端服务器开发了一款手机软件。此软件可以实现将不同手机联系起来,通过云计算运行处理,并向用户反馈结果的功能。（5）针对结构加速度和位移响应参数监测,并从研究智能手机测量三维建筑结构振动响应的方法出发,制作了一个三维框架结构模型并对其进行了振动台试验。以每榀框架为子结构,将智能手机布置在子结构的相应位置,对比研究了智能手机监测的地震作用下三维框架结构加速度和位移响应的精度,并分析了其监测结构扭转效应的能力。利用小波包分解智能手机监测的结构加速度响应数据并用相对小波熵量化结构损伤前后加速度响应各个节点能量的变化,评估了结构的损伤,验证了根据智能手机监测的结构振动响应数据评估结构损伤的能力。（6）综合上述智能手机监测结构应变、加速度和位移响应参数的方法,提出了一种基于智能手机的框架结构多响应参数监测框架。该框架分为应变监测云平台和结构振动响应监测两个部分,通过这两部分的有机结合,可以实现监测框架结构局部受力构件应变响应和结构整体加速度、位移响应的功能。通过分析此三种数据并结合构件挠度变形曲线、相对小波熵和结构层间位移角评估结构的局部构件、子结构和整体结构的损伤,补充了基于智能手机的结构健康监测系统框架。