桅杆结构使役期内的控制荷载是水平风荷载.由于风激励时间历程的复杂性,应用概率的研究方法开始越来越为人们所重视,即通过构造或直接求出结构风振响应的概率密度函数(PDF),并据此对响应的范围和分布、结构和构件的可靠性以及风振疲劳累积损伤等进行估计.因此,风激励下桅杆结构响应概率密度分布的研究至关重要.该文首先基于非线性有限元理论,建立了桅杆的非线性动力模型,通过风荷载的时程模拟,运用Monte Carlo方法结合算例对桅杆结构的非线性风振响应进行了分析,研究了位移响应的均值和标准偏差随纤绳预拉力和风速变化,得出了一些重要的结论.基于桅杆动力模型的线性化处理,该文对Gauss风荷载模型下桅杆的风振响应进行了分析,通过线性化模型的频响函数矩阵和风荷载的功率谱密度(Power Spectrum Density,PSD)函数矩阵求出响应的功率谱密度函数,由此可以唯一确定响应Gauss分布的参数.为了进一步考虑脉动风速平方项对结构响应的影响,该文推导了风荷载的自谱密度和重谱密度函数表达式,通过求出响应的二、三阶矩,基于非Gauss概率密度的Gram-Charlier渐进展式来确定响应的一维概率密度.对桅杆的非线性风振响应的分析,该文通过空间多维脉动风速的过滤白噪声生成,将桅杆的非线性状态方程扩阶成Ito方程的形式,并在时域和状态空间内将其离散,然后基于Markov过程理论和Chapman-Kolmogorov-Smoluchowski方程,运用路径积分(PathIntegralSolution,PIS)推导了该方程响应状态矢量概率密度函数的形式解.算例分析表明,与线性化分析方法相比,这一方法更能准确地反映出结构非线性对响应性质的影响.作为一个复杂的非线性耦合体系,桅杆可能因为受到微小外界环境因素如噪声、扰动等的影响而产生混沌振动.该文基于风荷载的随机时程模拟,利用微小白噪声进行摄动,把桅杆的动力方程转变为Ito随机方程的形式,通过路径积分求出响应状态矢量的概率密度函数,结合其在位移平面、相平面上投影特征的变化以及概率分岔特征,对桅杆的混沌振动进行研究.该方法不仅适用于周期性激励下桅杆的混沌振动分析,更能方便地应用于随机激励的情形,避免了时域内大量样本的数值模拟或对状态方程扩阶带来的计算复杂程度的增加,具有概念清晰、直观和整体把握性好等优点.最后,在同济大学土木工程防灾国家重点实验室TJ-2边界层风洞进行了桅杆模型风洞试验研究,测试了桅杆的自振特性,包括自振频率、阻尼比、纤绳初拉力的影响,以及紊流场中桅杆的动力响应及其频谱特性,并对桅杆的动力稳定及混沌现象进行了研究.