为装点城市夜景,对既有大跨桥梁进行光彩亮化工程改造已经成为一种趋势,但是安装亮化灯具会显著改变大跨桥梁索结构的气动特性及风致振动响应。为保证桥梁结构安全及长期使用寿命,有必要对大跨桥梁索结构安装亮化灯具后的气动特性及风致振动响应进行研究。本文围绕亮化灯具对索结构的气动特性的影响展开如下研究:首先,介绍了圆柱绕流,计算流体力学和静力三分力的基础理论,建立二维的CFD数值模型,通过对比前人研究成果验证数值模型的可靠性,为利用后文CFD数值模拟分析亮化灯具对索结构气动特性的影响提供保证;其次,研究贴合式亮化灯具对斜拉索气动特性及涡振性能的影响。结合实际斜拉桥安装贴合式亮化灯具的工程背景,研究了贴合式亮化灯具与螺旋线对斜拉索气动特性的联合影响和贴合式亮化灯具对斜拉索气动特性的单独影响。通过数值模拟得到斜拉索安装贴合式亮化灯具后的静力三分力系数,升力系数均方根值及斯托罗哈数随风向角的变化曲线。分析讨论贴合式亮化灯具对斜拉索流场特性的影响,探究了气动力系数产生变化的机理。通过改变贴合式亮化灯具的圆角半径来降低灯具对斜拉索气动特性的影响。从风向角和圆角半径的角度研究了灯具对斜拉索涡激共振性能的影响;然后,研究分离式亮化灯具对吊杆气动特性及涡振性能的影响。结合实际系杆拱桥安装分离式亮化灯具的工程背景,通过数值模拟得到吊杆安装分离式亮化灯具后的静力三分力,升力系数均方根值及斯托罗哈数随风攻角的变化曲线。分析讨论分离式亮化灯具对吊杆流场特性的影响,探究了气动力系数产生变化的机理。通过增设圆角和加宽间隙的方式来降低分离式灯具对吊杆气动特性的影响。从风攻角和圆角半径的角度研究了灯具对吊杆涡激共振性能的影响;最后,采用风洞试验测量了安装贴合式灯具斜拉索模型的气动力系数,研究了不同索径斜拉索在安装贴合式亮化灯具后的气动特性。在风洞试验中重现了安装贴合式灯具斜拉索与安装分离式灯具吊杆的涡激振动现象。对比研究了贴合式亮化灯具与分离式亮化灯具对大跨桥梁索结构涡激振动性能的影响。结果表明:(1)相较于螺旋线对斜拉索气动特性的影响,贴合式亮化灯具的影响更加显著。贴合式亮化灯具对斜拉索气动力系数影响较大,0°风向角下的平均阻力系数发生陡降,平均升力系数随风向角出现3个明显下降区间,在这些区间里升力系数均方根表现各异,说明在3个区间内平均升力系数递减的原因不同。安装贴合式亮化灯具后,斜拉索的斯托罗哈数存在突降的现象。安装贴合式亮化灯具的斜拉索表面形成的不对称静压区是导致平均升力系数出现波动的主要原因。亮化灯具圆角半径的减小对斜拉索气动特性产生一些影响,但不能改变气动力系数的变化规律。斜拉索在安装亮化灯具后,涡激锁定风速受来流风向角影响显著。三种灯具圆角半径对斜拉索涡激共振性能的影响相近,主要的区别在于较小的圆角半径会使涡激锁定风速发生陡升现象所对应的风向角减小;(2)分离式亮化灯具对吊杆气动力系数影响较大,0°风攻角下的平均阻力系数发生陡降,平均升力系数随风攻角波动,其中连续下降段主要集中在3个区间,在这些区间里升力系数均方根表现各异,说明在3个区间内平均升力系数递减的原因不同。安装分离式灯具后吊杆在部分风攻角下斯托罗哈数发生了突变。由于灯具和吊杆之间存在间隙,下侧分离流会干扰上侧分离流使得截面的漩涡脱落形式在部分风攻角下发生突变,进而导致截面的斯托罗哈数变化。当风攻角0°≤≤55°时,加宽间隙间距虽然能使气动力系数发生突变所对应的风攻角增大,但是并不能改变气动力系数的变化规律,圆角的设置可以改善分离式灯具对吊杆气动特性的影响。相较于第3章的涡激锁定风速,安装分离式灯具后吊杆的涡激锁定风速未出现显著增大区间。当风攻角0°≤≤55°时,圆角的设置能有效提高低阶模态涡激共振性能,但加宽间隙的措施对提高吊杆涡振性能帮助有限;(3)进一步开展风洞试验,发现贴合式亮化灯具对3种索径斜拉索的气动特性影响基本一致,尤其是当亮化灯具位于迎风侧或者背风侧时。安装贴合式亮化灯具后3种索径斜拉索的雷诺数效应不明显,三分力系数受风速的影响较小。在风洞试验中,安装亮化灯具后,斜拉索和吊杆均发生了明显的涡激共振现象,但由于灯具形式的不同,它们的涡振性能又表现出了一定的差异。较光圆截面而言,贴合式亮化灯具的存在使斜拉索在0°风向角下的斯托罗哈数增加,导致各斜拉索各模态对应的涡激锁定风速有所降低。分离式亮化灯具的存在使吊杆在30°风攻角下的斯托罗哈数降低,导致各吊杆各模态对应的涡激锁定风速有所升高。