结构健康监测通过对结构关键部位进行长期监测获取真实服役环境下结构响应信息,对评估结构动力性能和保障工程安全具有重要意义。然而,出于经济性、可行性考虑,实际工程中传感器布置位置和数量受限,不足以进行全面安全评估。为获取更多结构响应,结构响应估计方法应运而生。目前结构响应估计方法的研究主要为解决结构外激励信息无法完全已知、响应监测数据中噪声干扰、多种结构响应间估计等问题。本文提出基于监测数据的结构响应分析与估计方法,已知部分外激励信息,考虑系统噪声与观测噪声,从不确定性角度求解结构状态,实现多位置多类型结构响应估计。本文主要研究工作从以下三方面展开:基于结构内模的响应估计方法。通过对模态外激励进行傅里叶级数展开,提取其频率成分,确定结构内在模型方程,建立外激励信息不完备下的状态空间方程。考虑存在系统噪声及观测噪声,借助卡尔曼滤波技术求解结构响应估计,从而获得多位置多类型结构响应估计。以人行荷载作用下的简支梁桥为仿真算例,通过设计不同种观测数据作为输入、模拟不同噪声水平等工况,对所提结构响应估计方法的有效性和可行性进行验证。结构响应估计参数优化及拓展估计方法。通过探究宽频激励下外激励频率对响应估计精度的影响,提出宽频外激励频率成分优选方法。设计对比工况从振型个数与阻尼比两方面,研究模态参数对结构响应精度的影响。考虑可能出现高噪声水平及模态参数存在识别误差的情况,给出了卡尔曼误差参数优化取值方法。此外,从状态空间概率模型角度,通过序列重要性采样及重采样方式改进结构状态后验概率,拓展建立基于改进粒子滤波的结构响应估计方法。基于滨州黄河大桥模型的结构响应分析与估计。以单人人行荷载下滨州黄河大桥缩尺模型为实验对象,监测实验过程中结构位移和加速度响应。通过获取对应的模型信息及模态外激励信息,建立滨州黄河大桥模型状态空间方程。设计基于单类型监测数据和多类型监测数据的多位置多类型结构响应估计对比实验,运用本文所提方法进行结构响应估计,最终全面验证基于监测数据的响应分析与估计方法的有效性和可行性。