大型土木工程结构(如海洋平台)在其服役期间，由于受到腐蚀、疲劳、碰撞、地震以及恶劣的环境载荷作用，损伤不可避免。因此，对结构损伤进行安全评估的结构健康监测技术研究对于确保海洋平台结构安全，降低维修成本以及延长服役期限都是非常必要的。 基于振动测试的大型结构无损检测技术是国内外专家公认的较有发展前景的健康监测技术。然而，与陆地结构相比海洋平台其结构复杂、体积庞大、造价昂贵，所处的海洋环境十分严酷；此外，人工激励力不易施加，环境载荷激励力不易测试，这给海洋平台结构模态参数识别以及损伤诊断提出了更严峻的挑战。本论文以海洋平台结构为研究对象，着重解决基于振动测试结构健康监测的两个关键问题： 第一，仅仅从结构的输出响应信号中识别结构的模态参数。以环境载荷作为大型土木工程结构的激励力，无需专门的测试设备，故可以节省时间，显著地降低振动测试的成本。此外，由于海洋平台结构的环境激励力不可测试，使得对于大型结构实时健康监测系统要求使用环境载荷激励下的模态参数识别技术。本文通过自然激励法(NExT)从测试结构的响应信号中获得自由响应信号，运用特征系统实现算法(ERA)提取系统的状态空间参数，结合CBSI算法能够识别出精度较高的结构模态参数(固有频率、阻尼、模态振型)。该套模态参数识别的方法已经通过海洋平台结构数值模型以及CDZX-2海洋平台结构现场测试数据加以验证，能够得到较高精度的模态参数，有望运用于环境激励下的海洋平台结构健康监测系统。 第二，结构损伤诊断算法。环境激励下识别出的结构模态参数无法质量归一化，高阶的模态不容易被激发出来，测试模态存在较为严重的不完备性，现有的基于动力测试的损伤诊断算法无法诊断复杂三维框架结构的损伤。针对上述局限性，本文提出了新的结构损伤诊断算法——模态应变能分解法，诊断三维框架结构(如海洋平台结构)的损伤。主要思路是将结构构件的模态应变能分解，根据严格的理论推导定义了两个诊伤指标，拉压模态应变能指标(CMSECR)和弯曲模态应变能指标(FMSECR)，这两个诊伤指标都是利用结构损伤前后的不完备模态振型计算的。该方法可以结合环境激励下的模态参数识别技术诊断出复杂三维结构损伤位置，评估损伤构件的损伤程度。所提出的模态应变能分解法运用于五层环境激励下海洋平台结构模态参数识别与损伤诊断研究三维的框架结构、Benchmark结构以及海洋平台结构有限元模型的损伤诊断，研究表明，本文所发展的新方法能够在环境激励下有效地诊断出海洋平台结构各种构件损伤的工况(包括桩、水平撑、斜撑)。此外，考虑到模态参数识别技术以及信号处理引入的误差将影响最终的损伤诊断结果，对于阻尼较大的结构，模态参数识别技术的精度达不到损伤诊断要求，本文提出了基于结构频响函数的损伤诊断指标(FRF一DIM)。结构频响函数可以直接由动力测试信号计算，并且频响函数包含了丰富的结构模态信息，抗噪声性能较好。本算法在噪声达到9%的情况下亦能够诊断出结构的损伤，具有一定的鲁棒性;但是该方法与模态应变能分解法相比，有其局限性，即计算结构的频响函数需要已知结构的激励力。 大型结构基于振动测试的损伤诊断算法都面临着模态不完备的问题，首先在损伤诊断算法(模态应变能分解法)上尽可能地运用低阶的模态、可测试的模态自由度;其次是运用传感器优化配置算法结合模态扩展满足损伤诊断算法的要求。本文提出结构损伤诊断的传感器优化配置算法结合系统等效缩减扩展 (SEREP)用于结构损伤诊断，传感器配置基于F工SHER信息矩阵及模态应变能最大为目标，以选择最有利于结构损伤诊断的测试位置。 “结构环境激励下的模态参数识别”和“大型结构损伤诊断”是本文研究的两大核心问题，都是实现海洋平台结构实时健康监测的关键技术。在国家十五“863”项目，国家自然科学基金和博士点基金等课题的支持之下，本文以海洋平台结构为研究对象，通过现场测试数据、模型实验以及数值模拟等手段，验证了在环境激励下海洋平台结构的模态参数识别与损伤诊断方法的有效性，取得了一定的进展。