本发明公开了一种力和力矩控制加载的大振幅平动转动多自由度耦合振动实验装置，包括：门式钢架，该门式钢架包括两个支撑立柱、顶部横梁、底部横梁和用于固定减振器的位于所述顶部横梁和底部横梁之间的承载平台；振动结构板，包括上部振动结构板和下部振动结构板；加载弹簧，包括水平加载弹簧和垂向加载弹簧；三向加速度传感器，设置在所述上部振动结构板上；位移传感器，设置在所述上部振动结构板和顶部横梁之间。本发明实验装置适用性强、操作简单；适用于各种海洋工程结构物、舰船潜艇、高速铁路列车、超大跨度建筑结构、军民用飞机、航天器等实验模拟。