桥梁结构在服役期间产生的响应信号不仅是时变和非平稳的,更具有模态密集性。然而,现有的时变结构参数识别方法大都是时不变结构的相关概念基于“冻结时间”思想的推广,忽略了系统参数随时间变化(变化速率)的影响。不仅如此,桥梁结构产生的密集信号也使得传统的信号分析方法在应用时遇到了很大的困难。为此,本文针对桥梁结构中存在的时变、非渐进和密集模态响应信号,在现有信号处理方法上进行改进,提出了多种适用于桥梁结构响应信号的改进模态参数识别方法,并通过多个数值算例与时变结构试验验证了所提出方法的有效性和准确性。本论文的主要研究内容与创新之处如下:(1)将变分模态分解方法引入土木工程领域以解决同步挤压小波变换无法准确识别频率相近多分量模态信号的缺陷,由此发展了了变分模态分解和同步挤压小波变换相结合的瞬时频率识别方法,同时通过数值算例和一个时变拉索试验验证了该方法的准确性和有效性。(2)针对标准同步挤压小波变换算法在吋间尺度上的扩散问题,提出一种能同时提高时域和频域精度的改进同步挤压小波变换方法。通过引入解析模态分解定理和递归希尔伯特变换以提高该算法识别非渐进、密集模态响应信号的能力,然后通过对信号局部区域而非整个时频区域的小波系数进行挤压从而提高了瞬时频率识别结果的时频精度。最后通过设计一个悬臂梁质量突变试验验证该方法的有效性。(3)提出改进反余弦算法。改进反余弦算法摒弃以往通过希尔伯特变换构造解析信号求瞬时频率的做法,转而通过对时间轴进行分段并求反余弦函数,从而得到结构响应信号的瞬时相位,最后通过瞬时频率的定义求解瞬时频率。