颤振是大跨度柔性桥梁设计必须要解决的关键问题之一,也是桥梁抗风设计的首要问题。上世纪六七十年代奠定的桥梁风致颤振理论框架以线性气动力为基础,也没有考虑结构非线性,线性理论认为风速一旦超过临界值,振动幅值会不断增大直至结构破坏。实际桥梁受气动力非线性、结构非线性及几何非线性的影响,超过颤振临界风速后表现为振幅稳定的极限环振动。由于非线性振动问题的复杂性,目前对桥梁超过颤振临界风速后(超临界颤振或颤振后)的振动特性及其随风速的变化研究还很少。本文针对典型的桥梁断面及结构进行节段模型与气弹模型风洞试验,开展了桥梁超临界颤振的振动形态和起振机理研究,并基于准定常理论进行非线性气动力模型的超临界颤振研究。本文的主要内容及结论如下:(1)回顾了现有的桥梁线性颤振理论,以及超临界颤振状态的研究现状,总结了一些存在的问题,提出了本文的主要研究内容。(2)基于节段模型弹性悬挂风洞试验技术开展了钝体(47)型断面的颤振后状态研究。首先分析了弹性悬挂状态下节段模型的频率及阻尼比随振幅的非线性变化特性,竖向和扭转频率随振幅变化很小,而扭转和竖弯模态阻尼比随振幅有较大增大;高风速时会产生很大的附加攻角,静风位移对颤振响应影响很大,在颤振后状态响应中,这种影响是不可忽视的;即使对于钝体断面,随着风速增大,竖向运动在弯扭耦合运动中的作用也越来越重要。讨论了阻尼比对结构振动的影响,得出结构阻尼对颤振临界风速和扭转振动幅值都有正效应作用。这为改善桥梁颤振性能提供了可供选择的工程措施。(3)以张家界玻璃桥为工程背景,进行了全桥气弹模型风洞试验,研究了开口和闭口箱梁断面的颤振特性。结果表明,开口断面在较低的无量纲风速下就出现了颤振,但随风速的增高,扭转振幅增加缓慢;闭口流线型断面的临界颤振风速较高,一旦超过临界点后,扭转振幅快速增加。表明气动力非线性强的钝体断面具有更好的超临界颤振特性,为以后大跨度桥梁主梁断面的选型提供指导。(4)基于准定常理论进行了二维节段模型的非线性气动力模型的超临界颤振研究,分析了高宽比1:5矩形断面的超临界颤振特性,并研究了阻尼比对颤振后振幅的影响。上述研究成果有助于完善现有桥梁颤振分析理论体系,为未来桥梁抗风设计中,于既有颤振临界风速指标基础上,进一步增加颤振振幅评价标准提供参考依据,同时为以后改善桥梁颤振性能提供了可供选择的工程措施。