结构性能感知研究的主要手段包括理论方法、实验室试验、模型分析和结构健康监测。然而，大型复杂结构的理解往往难以通过理论方法实现，实验室试验较难实现实际结构在真实服役环境下的行为把握，模型分析存在模拟精度和分析误差等问题。针对上述技术难点，结构健康监测通过实测结构响应，直接、真实地反映实际结构的受力状态和工作性能。但有限的测点数量和位置限制响应获取的完备性，以及结构关键部位细节信息的掌握。同时结构多尺度模型能充分获取结构各类型响应信息，全面把握结构整体和局部性能。为此有必要利用结构健康监测和多尺度模型的优势，展开基于监测数据和多尺度模拟的结构性能感知方法研究。本文首先在多尺度模型方面对混合尺度界面耦合方法、多尺度模型修正方法进行研究，并基于结构修正后模型进行结构性能感知；另一方面，基于监测数据对实测响应分离方法进行研究，并基于此对结构构件状态感知方法进行研究。论文的主要研究工作如下：
　　考虑简化应力分布降低结构多尺度模型计算精度和可靠性的问题，提出基于精细化应力分布模式的混合尺度耦合方法。给出应力分布计算模型的建立方法，并考虑计算模型主体边界处的局部效应，提出基于计算模型中间截面节点响应和坐标值的映射关系确定方法；以可决系数作为拟合优度指标，通过迭代更新实现映射关系优化，给出精细化的应力分布模式；与考虑界面维度和高维单元类型的单元形函数结合，实现不同维单元的界面耦合；通过构件和结构层级的数值仿真试验，验证该方法的有效性。
　　用于结构性能感知的基准有限元模型，应具备准确反映结构整体尺度和局部尺度多类型响应信息的能力，为此提出基于多目标多因素的结构多尺度模型修正方法。基于正交试验和联合假设检验，给出修正参数全局敏感性分析法，实现针对不同结构响应的显著性修正参数的客观评价；以结构多类型响应为修正目标，基于Kriging空间插值技术，建立各修正目标与其显著性修正参数间的近似替代模型，实现响应模拟值的获取；计算响应模拟值与实测值的误差函数，构造反映结构整体和局部特性的多级子目标，并限定修正参数取值范围，将多尺度模型修正问题等效为带约束的多目标优化问题；通过NSGA-Ⅱ算法确定修正参数最优解，获得用于结构性能感知的修正模型。以华伦式桁架多尺度模型修正为例验证该方法的有效性。
　　结合结构实际运营荷载模拟，给出基于多尺度修正模型的结构性能感知方法，并以珠海大剧院实际工程为例，展开大贝壳结构性能感知研究。考虑大贝壳结构应力测点布置，对其相关部分建立局部精细化模型，结构其余部分建立宏观简化模型；针对结构构件所用箱型截面尺寸不同，分别确定相应的精细化应力分布模式，实现宏观与细观模型的界面耦合，完成大贝壳初始多尺度模型的建立。以结构频率和应力分别作为整体和局部尺度修正目标，修正大贝壳初始模型得到结构多尺度修正模型；基于此，结合实际荷载工况感知未布置测点位置的响应，实现结构各类型响应的完备获取；并考虑结构运营期的可变环境荷载作用，针对不同风速、风向和温度作用，感知结构受力状态和应力水平的变化。
　　为理解不同荷载作用对结构响应的影响，提出基于变分模态分解的结构实测响应分离方法。根据结构受多源激励时实测响应表现出的多时间尺度特性，确定缓变温度响应和瞬变荷载响应分量的界限频率；利用各响应分量函数的估计带宽，建立基于估计带宽之和的约束变分模型；结合交替方向乘子法，实现各响应分量函数的同步求解，并得到约束变分模型最小化时的最优解，完成结构缓变温度响应和瞬变荷载响应分量的同步、非线性分离；以分离台风作用下的大贝壳结构实测应力为例，验证该方法的可行性和有效性。
　　为有效识别结构早期劣化和局部小损伤，明确温度作用对评价指标的影响，提出基于实测应力响应分离的结构构件状态感知方法。推导给出基于单位脉冲响应函数和外激励函数的应变响应表达，进而得到结构任意两测点应变互相关函数的表达式；选定任一应变测点为参考点，计算其余测点应变与参考点应变之间的互相关函数，并以其绝对幅值构造互相关函数幅值向量；考虑应力、应变监测数据间的固定模数关系，以及单位脉冲响应函数仅与结构固有特性相关的特点，结合拉依达准则，提出基于应力互相关函数幅值向量残差的构件状态感知指标；基于大贝壳实测应力中由瞬变风荷载引起的应力分量，感知运营期结构构件状态变化，验证该方法的有效性；基于大贝壳原始实测应力，明确温度作用对构件状态感知结果的影响。