桥梁跨度不断增大,结构刚度越来越小,风致振动问题愈发严重。传统的线性理论框架仅适用于微幅振动,风洞试验和数值风洞中观察到的极限环颤振、倍频、混频等现象也说明了明显的气动非线性效应。因此,大幅振动桥梁主梁断面的气动非线性研究显得尤为重要。本文针对两种典型断面,薄平板断面和H型断面,采用自行研发的自由振动悬挂装置,对其进行均匀流场和紊流场中大幅振动风洞试验研究,并做相关计算分析。主要研究内容如下:(1)对薄平板模型及H型断面在0风速0°攻角下,施加单自由度竖向和扭转激励,考察其频率及阻尼比随振幅变化情况。结果表明:竖弯频率和扭转频率随振幅变化很小,系统的机械阻尼比随振幅变化很小,系统特性稳定。(2)通过对薄平板断面,在均匀流场及紊流场中,初始攻角分别为0°、+5°、0°、+5°时,在高风速区间不施加初始激励,观测其颤振过程,求解瞬时频率及阻尼比。在低风速区间,对其施加初始激励后,模型做衰减振动。结果表明:随着振幅的增大,频率逐渐减小,在相同振幅条件下,气动负阻尼比绝对值随风速增加而增加,因此风速越高,模型发散的越快。相同风速条件下,阻尼比的绝对值不断增大,因此发生速率不断增大。在低风速区间,模型做衰减振动。受正气动阻尼的影响。风速越低,气动阻尼越大,模型衰减速率越快。(3)通过对H型断面模型,在均匀流场0°、+5°攻角及紊流场0°攻角下,不同风速,可知模型均做极限环振动。随着振幅的增大,瞬时频率逐渐减小,阻尼比随振幅的增大而增大。在低风速区间,模型做衰减振动,衰减过程中,阻尼做功逐渐与气动力做功抵消,阻尼比逐渐减小,直至降低到0附近。