获得作用于结构的外部荷载对结构健康监测有着十分重要的意义。在过去几年中,仅利用结构加速度响应重构外部荷载被广泛关注。测量噪声、传感器数量有限、关键位置结构响应无法测量和传感器故障等因素,都会对荷载重构应用产生严重的不利影响。鉴于此,本文对时域荷载重构、结构响应重构、传感器布置及传感器故障对重构精度的影响几个问题展开研究,并结合相应算例利用Matlab程序进行了分析。本文的主要工作及结论如下:（1）介绍了两种由Newmark逐步积分法拓展而来的时域荷载重构方法,分别称为正方法和逆方法。正方法以一种“预测—校正”形式适当地改写Newmark逐步积分法;逆方法将状态空间方程与Newmark逐步积分法相结合,构造荷载重构方程,采用Tikhonov正则化技术求解。探讨了不同因素（如采样频率、采样时间、测量噪声、传感器布置数量及位置和作用荷载数量及位置）对荷载重构精度的影响,通过对比正、逆方法重构效果发现,逆方法的适用性更好。（2）在荷载重构逆方法的基础上,构造测量响应自由度与重构响应自由度之间的转换矩阵,拓展了一种结构响应重构方法。仿真结果表明,响应重构方法在布置传感器数量小于重构响应数量（输入小于输出）时,仍可得到令人满意的结果;布置传感器数量越少,响应重构精度越低,计算效率越高;距离荷载作用越近的位置,响应重构误差越大。引入噪声放大效应指标,提出一种以该指标最小化为优化目标,采用逐步消去法的传感器优化布置方法,使用优化布置方法确定的传感器布置方案,可以保证传感器数量较少时响应重构误差不会剧烈增加。（3）介绍了基于PCA的传感器故障诊断方法,使用Hotelling T2统计量和SPE统计量检测是否有故障传感器参与测量过程,发现故障后使用累积残差贡献图定位故障传感器,以保证传感器采集数据可靠。结果表明,故障程度大的传感器比故障程度小的传感器累积残差贡献率更大,累积残差贡献图可用于判断传感器发生故障的程度。引入线性MMSE信号重构方法对故障传感器进行信号重构,结果表明,故障传感器数量越多,信号重构精度越低;故障传感器与正常传感器相对距离越近,信号重构精度越高。（4）针对前述时域荷载重构、结构响应重构、传感器故障诊断内容,归纳了荷载重构应用流程。以平面桁架和简化轨道模型为例,探讨了传感器故障对荷载重构问题的影响,仿真计算发现:当传感器故障程度较小时,使用累积残差贡献图可能会误诊或漏诊故障传感器;误诊故障传感器对荷载重构应用各阶段的不利影响均大于漏诊的情况。