土木工程结构在服役期可能受到地震、台风、火灾以及环境腐蚀等各种自然和人为的影响，这些影响会使结构的构件产生损伤。当损伤积累到一定程度时，构件的可靠性会随之降低，进而导致整个结构发生破坏。因此，对既有结构进行损伤识别并对其加固可以延长结构的使用寿命，减少大量重建资金的投入。目前，国内外众多学者已提出多种土木工程结构的损伤识别方法。本文详细论述了这些方法，并对比分析了各种方法的优缺点，提出了结构损伤识别研究目前存在的问题。在此基础上本文重点对基于模态应变能的结构损伤识别方法进行了深入研究。首先，本文研究了基于模态应变能变化率的结构损伤定位法。为了检验该法对于不同钢架结构的定位效果，本文利用ANSYS软件分别建立了一个平面钢架模型和一个空间钢架模型，模拟了九种不同的损伤工况。由于该法需要结构损伤前与损伤后的模态参数，本文还对两种钢架的完好结构（未损伤结构）与九种损伤工况进行了模态分析，提取了相关参数。利用这些参数计算了两种钢架结构不同工况各单元损伤前后的模态应变能变化率，并进行了对比分析。算例结果表明：对于单损伤工况，该法只能定位损伤程度为30%以上的损伤；对于多损伤工况，若未知损伤单元个数，该法无法完成准确定位。此外，本文还发现在相同的损伤程度下，该法对斜撑定位的灵敏度高于对其他杆件定位的灵敏度。其次，本文对基于模态应变能变化率的结构损伤定位法进行了改进，重新定义了损伤定位指标，利用上述钢架和损伤工况对改进后的方法进行了验证。验证结果表明：对于单损伤工况，改进后的方法可定位损伤程度为10%以上的损伤；对于多损伤工况，无需预知损伤单元个数，该法即可较好地完成定位。最后，本文还对结构损伤程度的估计指标进行了研究。在研究了学者提出的各种模态应变能结构损伤程度估计指标的基础上，本文首次提出了基于单元模态应变能比值的损伤程度估计指标，并利用上述的两种钢架模型进行了检验。检验结果表明：该指标对于平面钢架模型各种工况的损伤程度估计值偏小，但是对于空间钢架模型各种工况的损伤程度估计值较为精确。此外，该损伤程度估计指标还可以精确定位空间钢架模型的损伤位置。