近年来我国经济高速发展,由于大跨度空间及桥梁结构形式简单、外观优美、受力明确、易于组装等优点,被越来越多应用在祖国建设的各个角落。这些结构的共同特点是主要承载构件为杆系结构,包括网架中的空心杆、悬索桥中的索杆等。对杆系结构中杆件承受的轴力进行实时监测是保障结构安全及生命财产不可或缺的手段。现有的液压表法、磁通量法、频率法等虽然在一定条件下能识别出杆件的轴力,但却受杆件长度、边界约束及截面形式等因素的限制不能适用于短杆及高频振动杆件的轴力监测。近几年Timoshenko梁理论被应用到杆件轴力识别中,不仅提高了杆件轴力识别的精度还扩大了其适用范围,引起了越来越多学者的关注。但前人基本上是在试验室对简单薄板进行理论验证研究,未能考虑到经典Timoshenko梁理论中第二频谱的影响,也未能将该方法应用于实际工程结构。因此,本文尝试进一步探讨修正Timoshenko梁理论中的修正系数等问题,并在空心方杆、圆杆以及桁架等实际工程构件和结构上进行轴力识别方法的试验研究。本文首先在经典Timoshenko梁理论(由Reissner能量法导出)基础上推导了修正Timoshenko梁理论的偏微分振动方程。研究了经典及修正Timoshenko梁理论的速度系,以及波在杆中传播的速度与波数的关系,得出了波速在梁杆中随着波数的增加逐渐增加到剪切波速传播的结论;又从波数与频率关系的角度进行研究,得出了波数随圆频率的增大而逐渐增加的结论,从而间接地确定了波速与圆频率的关系。修正Timoshenko梁理论只包含一个波速系和频谱,因此可以避免第二波速系及频谱的影响。应用经典Timoshenko梁理论第一频谱对修正Timoshenko梁理论进行修正,并引入适用于一般梁杆的修正系数η。用变化波速代替固定剪切波速使得修正系数更加精确,并得出了在低频时梁截面的弯曲变形对修正系数影响较大,高频时梁截面剪切变形对修正系数影响较大的结论。然后,利用Hamilton原理推导了轴力作用下修正Timoshenko梁单元的一致质量矩阵、刚度矩阵和外力矩阵,并推导了基于修正Timoshenko梁理论的轴力识别方程,其突出优点为不受构件复杂边界条件的影响。模拟了矩形截面杆件在轴力作用下的自由振动响应,利用频率与模态信息识别其轴力。结果表明:应用含有改进修正系数η的修正Timoshenko梁理论、新的梁单元及轴力识别方程,能取得较好的轴力识别精度。之后,在新推导的修正Timoshenko梁梁单元及轴力识别方程的基础上,分别研究了圆截面、空心圆截面及空心方截面杆件的轴力识别,主要考虑了模态参数阶次、传感器位置、杆件长度、杆件截面大小及截面剪切变形系数等对其轴力识别精度的影响,对轴力识别过程中出现的多值性问题提出了相应的解决方案。然后在MTS试验机上对数值模拟中的三种截面杆件进行模态分析及轴力识别,验证了该方法的有效性。最后,对一两榀空心钢桁架开展了多次试验研究,并通过将试验结果与光纤传感器、应变片传感器的测量结果作比较,验证了该方法的准确性及在工程实际中应用的可行性。