对工程结构在强动力荷载作用后损伤位置与程度进行识别,进而对其安全性、剩余承载力和剩余寿命进行预测,是结构健康监测及灾后状态评估的主要目的。结构构件的恢复力是其非线性行为发生发展过程的最直接表征,并可定量描述结构在振动过程中的耗能。在动力荷载作用下不同时刻结构构件的非线性恢复力时程有助于帮助描述结构不同构件的破坏过程,进而描述不同时刻结构破坏模式的转变过程。然而在实际工程中,由于土木工程材料和结构形式的多样性,结构的非线性恢复力往往难以事先用一个统一的准确的参数化模型表述。同时,工程结构的各自由度上动力响应测量、外激励及结构质量信息往往不完备,这些给结构非线性行为的识别带来挑战。因此,研究仅利用在部分动力响应测量且不依赖结构参数化恢复力模型的结构非线性行为及质量识别方法具有重要意义。本文提出了一种具有一般意义的结构非线性恢复力以及质量的非参数化识别方法,仅利用结构部分加速度响应测量和激励信息,识别结构的非线性恢复力及质量。该方法对工程结构的损伤识别,特别是必须考虑结构非线性行为的灾后评估提供了有效方法。本文的主要研究内容如下:1.提出一种在质量和部分响应未知的条件下,基于记忆衰退全局迭代扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filter with Memory Fading and Global Iteration,EKF-MF-GI)和幂级数多项式(Power Series Polynomial,PSP)的结构非线性恢复力及质量的非参数化识别方法。在详细阐述其理论基础和计算流程的基础上,分别以一个具有分段线性构件和磁流变阻尼器(Magneto-Rheological damper,MR)的多自由度链式非线性结构为例,考虑不同的质量初始值和加速度测量噪声的影响,验证了所提出算法对识别恢复力和未知质量的有效性以及对不同质量初始误差和测量噪声的鲁棒性。2.在数值模拟验证的基础上,以一个带有磁流变阻尼器的4层钢框架为对象,开展实验验证研究。通过布置加速度和力传感器获取结构的输入输出信息。基于部分加速度响应观测,利用本文所提出的结构恢复力和质量的非参数化识别方法,对MR提供的非线性恢复力及结构质量进行识别,并与实测数据进行对比,验证了所提出算法的识别效果。3.针对地震作用后结构损伤识别问题,提出一种在地震激励未知、部分动力响应及质量未知条件下,结构非线性恢复力、质量及未知地震加速度时程的非参数化识别方法。在介绍该方法的理论基础和算法流程的基础上,以一个带有单个或多个MR阻尼器的7自由度链式结构为对象,通过数值模拟研究验证了该算法的有效性,并讨论了测量噪声对识别结果的影响。