土木工程结构在服役过程中,往往会面临着自然因素或人为因素的影响,导致工程结构逐渐发生退化、损伤而无法满足安全性这一基本的使用要求,因此非常有必要对工程结构进行健康监测和损伤识别。近二十年来,很多学者致力于结构参数识别和损伤诊断方法的研究。但是,绝大多数方法都是基于质量已知这一前提下。然而,结构在服役过程中,结构质量往往是不确定且不易测量的,不准确的质量信息往往导致错误的结构识别结果。所以,开展在质量未知下的结构参数识别非常有必要。近十年来,有部分学者的研究涉及到质量未知情况下的结构识别,但是还存在一定的不足和局限:当外激励已知时,一些学者利用激励信息和所有自由度加速度甚至所有位移和速度响应进行结构识别,有学者考虑了部分响应观测,但是所提方法只适用于链式结构且识别效率不高;在环境激励下,有学者利用结构所有自由度的位移速度和加速度响应进行结构识别,且只考虑了平稳环境激励;未知外部激励下,对未知质量的研究所做工作不多,有学者考虑了质量未知的情况,却不能对未知激励进行识别,且要求传感器数量和放置位置满足条件;对于未知地震激励,有学者提出利用结构指定自由度速度、位移和相对加速度响应及质量,对结构进行识别,此外,在地震未知下,观测加速度响应为绝对加速度响应,相对加速度响应难以获取。近些年,课题组对扩展卡尔曼滤波（EKF）方法进行改进,提出了一系列创新方法:未知激励下的扩展卡尔曼滤波（EKF-UI）方法,能够对结构参数和未知激励进行实时识别;考虑到EKF-UI方法需要激励处观测的局限性,提出了广义未知激励下的扩展卡尔曼滤波（GEKF-UI）方法,无需激励处观测,但是以上卡尔曼滤波方法均假设质量已知。本论文基于上述研究,提出质量未知情况下的结构和未知激励识别方法,所提方法克服了现有方法的局限性,更加满足工程的需要。论文第一部分对激励已知情况,提出分别适用于链式结构和非链式结构的参数识别方法。所提方法仅需要利用结构部分自由度加速度响应信息。对于链式结构,因为结构质量为集中质量,质量矩阵的逆矩阵有解析表达式,因此基于EKF方法对结构质量直接进行识别,提高了识别效率。对于非链式结构,基于EKF方法和最小二乘方法,对结构质量进行迭代识别。论文第二部分提出了质量且环境激励未知情况下的链式结构参数识别方法。无需观测环境激励,仅利用结构部分自由度加速度响应,在已知任意一个自由度质量信息时,对结构质量和刚度参数进行识别。当结构质量信息完全未知,也能对结构质量和刚度变化情况进行识别。所提方法适用于平稳和非平稳环境激励,且具有非常良好的抗噪性。论文第三部分在前两部分的基础上,提出了分别适用于链式结构和非链式结构在质量且外部激励未知的结构和激励识别方法。仅利用结构部分自由度加速度和位移（或应变）,对于链式结构,在已知任意一个自由度质量信息下,基于EKF-UI方法对结构质量刚度和激励进行识别,在质量完全未知情况下,也能识别出结构质量和刚度变化情况;对非链式结构,考虑到质量矩阵的逆矩阵没有解析表达式,因此通过最小二乘和EKF-UI方法对质量迭代识别。论文第四部分在第二部分的基础上,提出了质量未知且地震激励未知下的链式结构和激励识别方法。所提方法基于GEKF-UI方法,当已知任意一个自由度质量信息时,能对结构所有自由度质量刚度及未知激励进行识别,在结构质量完全未知情况下,对其质量刚度变化情况和未知地震输入进行识别。在地震激励未知情况下,结构相对加速度无法测量得到,但是现有未知地震激励下结构和激励识别方法均利用相对加速度测量值,所提方法能直接利用结构部分绝对加速度响应信息,进行结构和激励识别。