工程结构的安全性一直受到人们的广泛关注,作为土木工程学科的一个重要研究方向,结构健康监测技术近年来也因此得到了长足的发展。结构模态参数识别是结构健康监测领域的一个重要课题。对工程结构尤其是大型工程结构(例如大跨度桥梁,超高层建筑等)进行动力分析是十分必要且具有重要意义的,而结构的模态参数正是结构动力分析的基础。结构模态参数识别的应用也很广泛,包括模型更新、结构响应预测、结构振动控制以及结构动力系统优化等方面。结构模态参数识别方法根据激励来源可分为传统人工激励下的模态识别法和环境激励下的模态参数识别方法。环境激励下的模态参数识别方法由于其操作简便,代价小等优点得到了愈来愈多的应用。另外需要注意的是,由于结构模态参数识别的过程中存在测量噪声、激励变化、数学模型误差和数值计算精度等因素的影响,模态参数的识别结果往往存在不确定性。因此,对模态参数进行统计意义下的不确定性量化就显得尤为重要。本文通过对已有结构模态参数识别理论的分析,提出了一种模态参数识别的新方法,并对模态参数加以不确定性量化研究,根据所提出的新方法分别对数值模拟结构、试验模型结构和实际工程结构进行了研究分析。论文的主要内容和结论如下:(1)详细阐述了结构模态参数识别对于工程结构的重要性,分析了环境激励相对于传统人工激励的优缺点。概括介绍了模态参数识别方法的总体情况。详细论述了在结构模态参数识别研究中需要考虑其不确定性的原因和意义。(2)系统的对模态参数识别的主要方法进行了文献综述和分析,重点介绍了本文所提出的结构模态参数识别新方法的理论基础——极点对称模态分解法(ESMD法)。随后分别详细介绍了两种时域分析方法(NExT-ERA法和随机子空间法)和两种频域分解方法(峰值拾取法和频域分解法)。(3)介绍了本文所提出的基于ESMD的模态参数识别方法的算法流程,并应用该方法分别对一个随机风荷载作用下的5层数值剪切框架和一个随机基底激励下的3层试验钢框架进行了模态参数识别。结果表明本文所提方法的模态参数识别结果与理论解或者与基于EMD的方法和NExT-ERA法识别得到的结果吻合良好,且具有较好的抗噪能力,验证了该新方法的可行性和准确性。(4)鉴于模态参数识别过程中存在不确定性的考虑,提出了对识别的模态参数进行统计意义上的不确定性分析的方法。并分别应用于数值模型和试验模型,不仅得到了模态参数的最佳估计值(均值),而且量化了其不确定性(方差)。统计结果表明,随着模态阶数的增加,模态参数识别值的离散程度逐渐增大,且阻尼比识别结果的不确定性要比频率的不确定性大。(5)对长沙市洪山大桥的主梁以及斜拉索采用无线传感技术进行现场实测,结合本文所提出的结构模态参数识别方法和不确定性量化方法,对洪山大桥的主梁和斜拉索进行了模态参数分析,分别得到了主梁前5阶的频率、阻尼比和振型以及S09号斜拉索的频率和阻尼比等模态参数的均值和方差,并与相关研究结果进行了比较,再次验证了该方法的可行性和准确性。