大跨柔性桥梁主梁的竖弯基频较低,模态频率密集,而且阻尼很小,国内外已观测到多座此类桥梁在常遇风速下主梁多个模态都发生了较为严重的竖弯模态涡激振动。此外,我国公路桥梁抗风设计规范中竖弯涡振的容许振幅与涡振频率成反比,说明规范对高阶模态竖弯涡振有着更为严格的限值要求。因此,揭示大跨度桥梁高阶模态竖弯涡振的响应特性,建立高阶模态竖弯涡振响应的幅值预测方法,是目前大跨度桥梁抗风研究中需要解决的重要问题。本文基于多点弹性支撑气弹模型风洞试验研究了大跨度桥梁高阶模态竖弯涡振特性及振幅预测方法,论文的主要工作如下:(1)设计、制作了以螺旋弹簧为竖向支撑的多点弹性支撑气弹模型,然后采用随机子空间法(SSI)和基于解析模式分解的随机减量法(AMD-RDT)在紊流场条件和静风自由振动条件下识别了多点弹性支撑气弹模型的前5阶模态参数。结果表明,设计的多点弹性支撑气弹模型能够较好地模拟大跨度悬索桥的密频特性,而且能够获得较小的高阶竖弯模态阻尼比。采用SSI法和AMD-RDT法识别得到的模型频率基本一致,但与ansys计算值相比总体偏小。两种方法的阻尼识别结果都不是很理想,可能与采样时长较短、测量信号中非高斯白噪声成分较多及振幅等因素有关。SSI法在不同工况下识别的结构模态振型与ansys计算的理论振型基本吻合,且与标准正弦函数基本一致。(2)针对两组频率分布和各阶模态阻尼比不同的多点弹性支撑气弹模型开展了测振风洞试验,分析了气弹模型前5阶竖弯模态的涡振锁定区间和响应幅值随风速的变化情况。结果表明,多点弹性支撑气弹模型的高阶竖弯模态会出现两个涡振锁定风速区间,而且同一阶模态高风速涡振锁定区间的振幅可能小于低风速涡振锁定区间;在同一涡振锁定风速区间,随着模态阶次的增加,最大涡振振幅呈减小趋势,出现此现象的原因可能是由于模态竞争,不同模态涡振之间存在相互抑制的现象从而导致各阶模态涡振响应未能得到充分发展。(3)通过开展多点弹性支撑气弹模型多模态涡激振动测压风洞试验,测量了气弹模型不同截面的压力数据,计算了各截面的升力系数,对比分析了模型静止和发生各阶竖弯模态涡振时,气弹模型涡激力展向相关性随风速、涡振振幅和涡振锁定区间的变化情况。结果表明,对于不同的竖弯模态,第二个涡振锁定区间内升力展向相关系数最大值均位于涡振锁定区间的上升段,而第一个涡振锁定区间内升力展向相关系数的最大值则位于最大幅值处。静止状态下,气弹模型升力展向相关性系数随风速(雷诺数)的增加表现出升高的趋势,且随展向间距的增加逐渐趋于0。(4)结合气弹模型涡激力展向相关性的分布规律,推导了基于Ruscheweyh模型估算多点弹性支撑气弹模型各阶竖弯模态涡振响应的计算公式,并与试验结果进行了比较。结果表明,采用Ruscheweyh模型估算的各阶模态涡振幅值响应较试验结果偏大,其中矩形截面升力系数的取值误差、共振假定和各阶模态涡振锁定区间的互相重叠以及阻尼比的识别误差可能是导致Ruscheweyh模型预测偏差的主要原因。