与常规结构不同,柔性预张力结构主要依靠预张力提供的几何刚度抵抗荷载引起的变形并维持结构的稳定性。刚度性能作为此类结构最重要的结构性能,也是服役期结构监测的重点。对于一个既有的柔性预张力结构,多种因素引起的预张力偏差将导致结构的刚度退化。传统的索力测试由于测点数量有限以及传感器的精度和耐久性问题,通常难以有效评价结构的整体预应力状态和刚度性能。考虑到结构动力测试方法在理论和技术上已发展较为成熟,本文基于动力模态测试对既有柔性预张力结构的刚度监测问题展开研究,重点以索网结构为例验证了所提出的理论方法的有效性。主要工作包括以下五个方面:(1)将结构中对主控荷载所产生的变形起绝对抵抗作用的刚度分量定义为关键刚度。以主控荷载在各阶模态方向上所做功占总功的比例作为贡献度指标来筛选关键刚度监测的目标模态。基于矩阵摄动理论分析了预张力偏差引起的刚度变化对目标模态特征值和模态振型的影响。利用理想结构模态特征值的密集度指标建立了目标模态集合的快速扩展方法,以考虑位于密频区域的目标模态与其相邻模态发生跃迁或转移的情况。(2)建立了一种阶跃激励的优化方法以提高密频模态的识别精度。利用阶跃激励荷载在各阶模态方向上所做的功定量评价其引起的结构自由振动响应中模态的能量。将与目标模态相邻的模态定义为抑制模态,利用那些非抑制模态的振型向量推导出一种阶跃激励荷载的构造方法,使得结构响应中抑制模态的能量被完全消除。在给定加载自由度数量的条件下,参考有效独立法的思想提出了一种加载自由度的优选策略,以提高结构响应中目标模态的能量占比。利用广义Rayleigh熵的性质对阶跃激励荷载的大小进行优化,进一步提高目标模态相对于其它非抑制模态的能量。(3)提出了面向既有柔性预张力结构刚度监测的目标模态测试策略。由于刚度偏差的影响,基于理想结构确定的目标模态会在其所处的密频区域内发生跃迁或局部化。针对密频区域内理想结构的每一阶目标模态进行阶跃激励优化,抑制该区域内其它模态的振动。理论上证明了只要将这些优化后的阶跃激励荷载逐一施加到实际结构上,则该密频区域内所有目标模态的振动都能被充分激发,从而保证了其识别精度。利用识别到的目标模态参数计算实际结构在主控荷载作用下的静力位移,即可实现对结构关键刚度变化的评价。(4)研究了既有柔性预张力结构的关键刚度补偿方法和补张拉索优选策略。针对预张力偏差引起的结构刚度退化问题,提出了一种通过补张拉来修复目标模态参数以实现关键刚度补偿的新思路。从理论上说明了可统一采用移位摄动法对刚度偏差引起的孤立模态变化和密频模态变化进行估计。阐述了目标模态参数修复与结构关键刚度补偿之间的理论关系。基于矩阵摄动理论建立了补张拉索的索长调整量与目标模态变化量之间的方程。对于限定补张拉索数量的情况,提出一种补张拉索的优选策略以尽可能提高目标模态参数的修复精度。(5)借助一个马鞍面索网模型的动力试验对本文研究的柔性预张力结构刚度监测理论和方法的可行性进行考察。基于理想结构数值模型,求解给定主控荷载作用下的结构关键刚度和目标模态。利用实测索力,对引入预张力偏差后的实际结构进行找形分析。对比理想结构和实际结构数值模型的模态分析结果,验证了对目标模态集合进行扩展的必要性。通过分析在优化后的阶跃激励和力锤激励两种工况下密频目标模态的识别结果,考察了本文提出的阶跃激励优化方法和模态测试策略的有效性。进一步利用实测的目标模态参数对结构关键刚度分量的变化进行了评价。