鉴于荷载在结构设计、结构动力优化和结构运营过程中的重要性，必须采用合适的方法准确测量结构受到的外荷载。结构外荷载的测量分为直接测量和间接测量，荷载的直接测量在一些方面仍然存在很多困难。首先，荷载对结构作用属于一种能量传递，能量传递的介质有固体、液体和气体，荷载传递介质的多样性使荷载测量设备及测试方法变复杂。其次，荷载测试设备的工作环境可能处于酸、碱、盐、高温高压等作用下，这对荷载测试设备的耐久性和可靠性提出更高要求。更重要的是，在很多情况下，荷载位置的不确定、荷载发生的时间不确定或荷载的发生具有很强的偶然性、结构处于工作状态等，无法对荷载进行直接测量，而在这些工况下的荷载对结构的安全性、可靠性可能更为重要。相对于荷载的直接测量，对结构响应的测量困难相对小或不存在上述困难，因此，通过测量的响应对荷载进行识别的间接测量方法或手段愈来愈重要，也得到研究和工程人员愈来愈多的重视。　　本文首先研究线性结构在相互独立荷载作用下的荷载识别方法，然后研究线性结构在一般荷载作用下的荷载识别方法，最后对于非线性结构体系，研究恢复力为幂次非线性的荷载识别方法，同时对于文中提出的三种荷载识别方法都设计了相应实验进行验证。本文主要研究内容如下：　　(1)荷载是由振源产生，荷载作为待识别未知量，虽然其时程信息完全未知，但如果振源之间无相互联系，则荷载与荷载之间在产生的物理过程上是相互独立的。针对外荷载在产生的物理过程上满足相互独立的情况，外荷载的独立性作为一种先验信息，提出基于荷载独立性的线性结构荷载识别的微分方程法。结构受到的外荷载可分解为荷载波形及幅值两个变量分别识别。荷载波形可以表示为荷载分离函数和结构响应的卷积，通过计算荷载波形的互信息来度量荷载波形的独立性，以荷载波形互信息最小化为目标函数，通过梯度下降算法迭代更新荷载分离函数，使目标函数取得最小值，此时求得的荷载波形和真实外荷载波形相同。对荷载波形按最大值进行归一化处理并将其做为荷载基函数，将结构受到的真实外荷载表示为荷载基函数及其组合系数的乘积。结构响应用荷载组合系数的一阶泰勒展开，采用最小二乘法计算荷载组合系数，从而识别真实的外荷载。最后，用空间桁架结构进行数值模拟，验证了算法对谐波荷载、三角波荷载及随机荷载均能准确识别。　　(2)针对一般外荷载不满足独立性条件的情况，即荷载先验信息未知的情况，提出了基于虚功原理的线性结构荷载识别的积分方程法。用虚功原理将动力学微分方程转化为等效的积分方程，通过对等效积分方程分部积分，推导了真实力在虚位移上做的功和虚力在真实位移上做的功之间的函数关系，用移动最小二乘法对结构位移响应、速度响应及外荷载进行拟合，建立一个关于荷载系数和结构位移响应系数的线性方程组。用优化的方法对线性方程组求解，从而求得结构的外荷载。数值模拟及实验结果表明，移动最小二乘法能抑制噪声的影响，减小计算量；用优化的方法求解线性方程组，可以改善解的稳定性；对采集信号进行加窗处理，可以降低线性方程组维数、改善计算效率。　　(3)数值模拟没有考虑理论模型和实际模型间的差异，为同时考虑响应的测量噪声和模型误差对识别结果的影响，设计了一个空间桁架模型，对本文提出的线性结构荷载识别的微分方程法（第2章）和线性结构荷载识别的积分方程法（第3章）进行实验验证。实验结果表明，在荷载类型及测量噪声对识别精度的影响方面，两种方法具有共同的特征：从时域上看，周期连续可导的荷载识别效果最好，荷载的不可导点对识别精度的影响较大；从频域上看，低频荷载和频谱范围较窄的荷载识别效果较好，对荷载的频谱范围可以准确识别；两种方法对噪声都有一定的放大作用。除上述共同特征外，本文提出的两种荷载识别方法还具有各自不同的特征：线性结构荷载识别的微分方程法对荷载作用时间不同步时识别误差较大，而线性结构荷载识别的积分方程法识别误差主要集中在荷载时程的末端。　　(4)借鉴代数拓扑中连续变形的思想，提出了非线性结构荷载识别的同伦分析法。用线性结构的运动方程和非线性结构的运动方程通过加权叠加构造高阶形变方程，以结构计算响应和测量响应的残差最小化作为优化目标，将残差按比例分配给一阶形变方程，用线性结构的荷载识别方法识别荷载增量，并更新外荷载，直至响应残差收敛至设定的误差限值。最后，通过数值算例，用三种不同的地震波激励验证了方法的有效性。　　(5)为验证非线性结构荷载识别的同伦分析法（第5章），设计了一个多自由度三次刚度非线性结构。对于非线性刚度的模拟，本文提出了采用线性弹簧模拟非线性刚度的一种实验方案。从弹簧的力与变形曲线可以看出，实验结构的恢复力满足立方刚度非线性特征。实验识别结果表明，非线性结构荷载识别的同伦分析方法对非周期的随机激励可以比较准确的识别出激励形状和激励的频谱范围；对周期的连续可导的谐波激励识别精度非常高；对周期的连续的但存在不可导点三角波激励识别精度低，但能准确识别激励频率。