作为结构健康监测的重要组成部分之一,系统识别技术正在被众多的学者所关注。在实际工程中,外荷载激励通常都是未知的,能否正确估计外激励的形式和大小直接决定了系统识别的精度。另一方面,非线性现象在实际工程结构中普遍存在,对非线性结构采用线性模型进行仿真分析将不可避免地引入误差。因而,本文针对非线性系统,对结构进行荷载识别。本文首先研究了结构中典型的非线性特性,及非线性分析方法。第一,对存在非线性构件的结构系统研究了等价线性化方法,将非线性系统等价成为一个线性系统来求解结构动态响应,并用于系统识别。第二,本文针对刚度—位移非线性关系以及应力—应变非线性关系,推导了这两种非线性条件下结构动力分析方法,求解了两种非线性条件下结构动力响应用于系统识别。最后,采用数值算例验证了上述两种非线性分析方法分析结果的正确性与精确度。并应用ANSYS软件建立了一段90m长的地铁隧道模型,对此模型进行了非线性分析,研究了此模型在线性条件下和非线性条件下各部位的位移,讨论了土体非线性对整体隧道结构的影响。本文研究了一种基于模型修正理论的系统外荷载的识别方法。在状态空间域内,将系统外荷载转化为切比雪夫正交多项式,通过识别切比雪夫正交项的系数,从而完成对系统外荷载的识别。应用该荷载识别理论完成非线性系统荷载识别方法的研究。本文针对实际结构非线性特性,研究了非线性系统的荷载识别方法,避免传统方法采用线性模型模拟实际结构带来的误差,为实际工程结构系统识别提供了一个新的思路。