随着社会的发展，土木工程结构越来越大型化，势必对保证结构在施工和运营阶段的安全提出了更高的要求。因此,建立一套系统的有效的结构健康监测系统对保证结构的安全施工和正常运营，具有十分巨大的社会效益和经济效益。在健康监测中，大部分研究者已经注意到了环境温度改变对模态参数的影响，并利用统计规律建立结构模态参数和温度的关系模型，但是单一的统计模型有其局限性，并不能应用到所有工程结构中，因此建立一个通用的计算模型非常有必要。针对本文的主要研究工作如下：　　（1）研究了温度场理论，包括三种温度场特点以及对结构的影响，其中日温温度变化形成的温度场和骤然降温形成的温度场对结构影响最大；对温度场常用的三种计算方法进行了介绍，比较了三种算法各自的特点和适用范围，工程结构在理论设计分析中主要采用热传导方程法和近似数值法，而在实际工程应用中主要采用半理论半经验公式法。　　（2）推导了简支梁模态参数的理论解析解，定量分析了理论解析解中各参数对温度变化的敏感性以及温度对结构模态参数的影响，建立了温度和结构模态参数关系的理论计算模型，分析结果表明温度和频率呈线性负相关性，频率的变化率为材料弹性模量的线性温度系数的一半，结构频率变化只和材料的弹性模量线性温度系数有关，而和结构的模态、跨度以及支承方式无关；结构振型变化主要由于温度变化导致材料弹性模量改变和热胀冷缩导致长度尺寸改变引起。对一矩形简支梁分别进行了温度变化和损伤的有限元分析，有限元计算结果和理论分析结果一致。　　（3）对一简支矩形钢板梁完成了不同温度和损伤工况下的模态试验。不同温度下的模态试验在自然的日照温度场下进行，通过观测试验梁在12个小时内的温度变化和频率变化情况，分析结构频率随环境温度变化的规律，并对温度和频率的关系进行线性拟合，验证了理论计算和有限元数值计算的结果；不同损伤工况下的模态试验分两种工况进行，采用减小截面尺寸来模拟损伤程度，把各种损伤工况下的频率值和完整状态下的频率值进行对比，温度变化可以掩盖截面积损伤20﹪下导致结构频率发生的变化，验证了有限元数值模拟的结果。　　（4）分析了广州新电视塔前四阶频率随环境温度变化的规律，频率随温度上升而减小，随温度下降而增大，结构的低阶模态频率的变化率大于高阶模态，说明在实际工程中噪音和误差等因素对低阶模态的影响更大；对频率和温度的关系进行了线性拟合，前四阶频率的随温度的变化率的平均值非常接近混凝土弹性模量的线性温度系数的一半，验证了理论公式的正确性，同时也说明广州新电视塔虽然是钢结构和钢筋混凝土结构组合而成的筒中筒结构，但是其振动特性更接近于混凝土结构。