土木工程结构中存在大量的非线性构件。一方面在地震、爆炸、冲击等荷载作用下,结构整体或构件往往表现出强烈的非线性;另一方面,随着科学技术和人民生活水平的提高,人们对土木工程结构的防灾减灾能力提出了更高的要求,越来越多的非线性构件如阻尼器、防屈曲支撑等被应用到土木工程结构中。这些构件或装置的工作状态直接影响极端灾害下土木工程结构的安全性。因此,基于工程结构在强动力荷载下的动力响应监测数据通过系统识别量化评估这些非线性构件和装置的工作状态,对于了解结构的健康状况、灾后迅速评估都有重要意义。但是,传统时域损伤识别方法受测量噪音影响严重。针对这一局限性,本文首先从线弹性结构振型阻尼比识别入手,兼以考虑不同测量信号之间的相关性,开展了基于不完备时域信号的线性和非线性系统识别方法的研究。结合理论分析、数值模拟、试验验证等手段,本文进行了以下几方面的深入研究:(1)对于线弹性结构,基于时域信号主成分分析方法本文改进了灵敏度分析的振型阻尼比识别方法。本文对部分测量加速度响应进行主成分分析,确定优质主成分及投影空间,接着将时域信号灵敏度阻尼比识别方程向优质主成分对应的子空间投影,用得到的投影方程识别阻尼比以提高抗噪能力。该方法由平面桁架结构数值模拟和平面钢框架结构试验验证了其有效性和实用性。(2)对于含有非线性构件的结构,为识别结构中磁流变阻尼器参数,本文采用Newmark法和Newton-Raphson迭代推导建立了基于时域响应信号灵敏度的参数识别方法,初步解决了灵敏度参数识别方法长期囿于简单多自由度非线性系统的问题。接着应用主成分分析和子空间投影法并融合多类型传感器信号识别结构参数,提高了参数识别的抗噪能力与稳定性。结合识别结果提出主成分的噪音影响系数可作为优质成分选取的指标。该方法通过多自由度系统和平面框架结构数值模拟验证了其准确性。(3)对于含有非线性构件的结构,不考虑构件内部复杂的非线性行为,提出基于部分测量响应采用显式Newmark方法识别构件施加给结构的非线性恢复力的方法,并与显式Runge-Kutta力识别法对比研究了传感器位置效应和抗噪能力。接着利用子结构界面力和部分测量响应识别施加给目标子结构的非线性恢复力。以上方法经数值模拟验证了其准确性和有效性。