随着社会不断发展和科技水平提高,大跨度桥梁在世界范围内不断涌现,其承担的作用在现代交通中越发重要。随着桥梁跨度不断增加,结构频率和阻尼不断降低,桥对风的敏感程度也随之提高,针对桥梁风致响应的相关研究越发重要。数十年间,已有较为成熟的理论体系和技术手段用以解决桥梁风致响应中的相关问题,然而研究主要基于确定性分析。风是一种具有随机性的自然现象,使得桥梁风致响应分析所涉及的多个参数存在不确定性,例如风荷载、气动特性等,并最终导致风致响应的不确定性。因此,有必要提出考虑不确定性因素的桥梁风致响应分析方法,为基于可靠度以及基于性能的桥梁抗风设计提供一定的理论参考和方法支撑。在桥梁抗风设计中,颤振和抖振是需要被考虑的两个关键性问题。桥梁颤振分析通过研究自激力作用下的桥梁自由振动,确定颤振失稳临界风速,决定桥梁失稳破坏的极限状态。其中,颤振导数是描述桥梁断面气动特性的重要参数,直接对桥梁颤振失稳临界状态的判定产生影响。然而,由于识别手段、采样误差和随机振动等多种因素的存在,颤振导数识别结果必然存在不确定性,这也将导致颤振失稳临界风速的不确定性。桥梁抖振是脉动风作用下的受迫振动,因而风的紊流特性对桥梁抖振分析有重要的影响。风的随机性将直接导致桥梁抖振分析所涉及的湍流参数具有不确定性,例如湍流强度、积分尺度等,从而影响抖振分析结果。另外,风的方向性会进一步影响不同重现期下桥梁抖振响应分析。在桥梁抗风设计中,估计风致响应极值是基于性能设计的核心工作之一。桥梁风致响应极值可以由基于高斯特性假设的Davenport公式求解,然而在复杂地形条件下,例如山区桥梁,桥梁的风荷载及风致响应将呈现非高斯性;并且,由于风的不确定性影响,风致响应极值同样存在不确定性,考虑该因素可提高桥梁抗风设计的可靠性。针对上述桥梁风致响应中的几个关键问题,论文将对颤振分析中颤振导数的不确定性、抖振分析中风参数的不确定性以及风致响应极值的不确定性展开深入研究,并提出相应的不确定性分析方法,具体工作包括:(1)针对桥梁颤振,提出考虑颤振导数不确定性的桥梁颤振分析方法。首先,介绍桥梁颤振分析的闭合解方法以及简化闭合解方法,并进一步对桥梁颤振失稳机制进行说明;其次,分析说明颤振导数的不确定性,基于多元变量模拟,提出在颤振分析考虑颤振导数的不确定性的两种颤振导数模拟方案;之后,在简化闭合解基础上,提出考虑颤振导数不确定性的解析法。文中利用所提方法对实际算例进行分析,得到颤振临界风速的概率分布;文中采用假设算例,对基于简化闭合解的解析法做理论研究和数值验证。(2)针对桥梁抖振,提出考虑湍流参数不确定性以及风的方向性的桥梁抖振响应计算方法。首先,介绍基于频域分析的多模态桥梁抖振响应计算方法;其次,引入空间三维脉动风场谱模型,以考虑湍流参数不确定性;接着,基于现有湍流强度因子、湍流积分尺度、指数衰减系数等湍流参数的统计数据,通过多元变量模拟,考虑湍流参数的不确定性影响;之后,利用高斯Copula函数建立风速、风向联合概率模型,考虑风的方向性影响,并在此基础上进一步提出考虑湍流参数不确定性的任一重现期下桥梁抖振响应极值的计算方法。文中采用所提方法对苏通长江大桥的抖振响应进行算例分析。(3)针对桥梁风致响应极值,提出由风的随机性导致的风致响应极值的不确定性分析方法。首先,介绍基于HPM转换过程的极值估计方法;其次,在该方法基础上,通过多元回归分析,得出估计极值经验公式,并检验其效果;接着,利用所提经验公式,提出基于多样本数据的极值不确定性分析两种方法,一种基于概率空间变换,一种基于极值分位点正态分布假设。文中采用风洞试验超长数据,利用所提方法对风压系数、风致响应极值不确定性进行分析,获取任一极值分位点概率密度。