作为国家基础设施的有机组成部分,土木工程结构在人们日常生活及社会经济发展中发挥着重要的作用。对土木工程结构进行实测研究,充分了解结构在运营状况下的动力特征是保证其在服役期间安全性和适用性的一种有效途径。模态参数是分析结构动力特征的基础信息,它在结构健康监测、损伤识别及抗风设计等方面有着广泛的应用。因此模态参数识别研究受到越来越多的重视。基于输出信号的工作模态识别方法是一种近些年逐渐发展起来的并在土木工程领域备受青睐的识别方法。与传统基于输入输出信号的方法相比,该类方法具有可操作性强,无需中断结构正常运营以及识别结果更接近实际情况等优点。本论文首先通过对比分析,考察了不同模态识别方法在环境激励作用下两类典型土木工程结构(桥梁与建筑)模态参数的识别效果,重点讨论了随机状态子空间辨识(SSI)方法在应用过程中存在的局限性,并对该方法进行了改进;然后以超高层建筑为例,建立了一种用于精细化研究系统动力特性的时、频域瞬时特征与统计特性一体化分析方法;最后采用上述方法对环境激励作用下两类土木工程结构的模态参数及动力特性进行了分析。SSI方法是一种先进的基于输出信号识别动力系统模态参数的方法。但该方法对动力系统所受激励特征及响应信号质量存在一定要求,而这些要求通常在实际应用中较难满足,这导致使用该方法时可能出现虚假模态及模态遗漏等问题。针对上述情况,本论文对传统SSI方法的局限性进行了深入分析,通过数值算例及工程实际案例表明系统不同模态响应之间能量的分布失衡是导致上述问题产生的一大原因。基于以上发现,本文提出了一种基于零相位滤波技术的SSI改进算法,即按照频谱能量对系统响应中不同的模态成分进行能组划分,然后采用传统SSI方法对不同能组信号进行模态识别分析。上述方法的有效性通过数值算例和工程实际案例得到验证。相关研究成果有效提高了SSI方法模态参数识别的可靠性。在分析系统动力特征时,现有研究大多把动力系统响应的统计特征与瞬时特征孤立处理,而较少关注两者之间的内在联系。本论文提出了一种动力系统时、频域瞬时特征与统计特征一体化分析方法,并采用该方法对台风作用下超高层建筑的动力特性进行了精细化分析,建立了一种基于瞬时频率波动强度的高层建筑阻尼模型。对比发现,该模型比当前广泛采用的基于结构振动响应的模型更精确,适用性更广泛。相关成果为深入认识建筑结构模态参数(特别是阻尼比)随系统响应振幅而变化的非线性特征提供了一种新思路。采用上述改进的SSI模态识别方法及结构动力特性分析思路,本论文对典型土木工程结构在环境激励作用下的动力特征进行了系统研究:分析了超高层建筑风致振动响应及其随来流风速的变化关系,并通过加速度实测数据对建筑在强台风作用下的舒适度性能进行了评估;分别研究了城市道桥与人行天桥在车辆荷载与大地脉动作用下结构的动力特征。上述研究内容为进一步了解典型土木工程结构的动力特征及对结构有限元模型的修正提供了有益参考。本硕士论文研究内容以及相关成果在一定程度上完善了结构动力学理论及模态参数识别方法,且为深入了解环境作用下桥梁的动力特征及台风作用下超高层建筑的风效应提供了重要的参考信息和有益借鉴。