钝体断面放置在风场内部会发生大幅的涡激共振现象,过大的振幅将会引起结构的舒适性甚至安全性问题。大跨度柔性桥梁特别是悬索桥越发的轻柔,涡激共振现象就越发凸显,这阻碍着桥梁跨径的进一步发展。因此,进一步认识涡激共振发生的内在机理,识别涡激共振发生过程中各参数的变化过程并分析其对涡振的影响已经成为广大学者所关心的问题。以矩形断面节段模型的竖弯涡激振动模态为背景,本文围绕结构在竖弯模态下非线性气动自激力和相应气动力的识别等问题开展研究,主要进行了以下几个方面的工作:(1)介绍了国内外涡激共振参数识别的研究现状。首先分析了结构刚度、阻尼和气动力等参数变化的基本原理,并简要介绍了现存的涡振参数的主要识别方法。随后进一步介绍结构非线性气动自激力参数识别的研究现状。(2)在湖南大学风工程实验研究中心HD-2大型边界层风洞进行了不同条件下的矩形断面涡振试验,得到了不同初始条件下结构的涡振规律。并且,在无风条件下,通过测量模型的自由衰减曲线,进一步分析了结构的阻尼随振幅的变化关系。(3)基于EKF-UI方法的基础上,开展了结构在竖弯涡振下系统参数的识别方法研究。通过数值分析方法分析了EKF-UI方法对于单自由度体系涡振参数识别的适用性,改善了现存的EKF-UI方法不能适用于单自由度体系的缺点。并且将其推广到非线性涡振状态下的气动力及系统参数识别上,解决了现有方法无法实现的系统识别问题。(4)识别了各实验工况下系统的实时刚度和阻尼等参数。在简要的分析了气动刚度与气动阻尼对结构实时刚度和阻尼的影响后,将改进后的EKF-UI方法应用到各实验系统的实时刚度和阻尼等参数的识别,比较了各工况下识别结果的差异,分析了湍流度以及初始阻尼对于涡振参数的影响。(5)分析了结构在大幅涡激共振下的非线性气动自激力特征。基于大幅涡激共振下结构的振动可类比于简谐振动的基本假设下,高阶非线性气动自激力会直接反应在结构倍频响应当中,通过调整参数,能将识别非线性自激力从总气动力项中剥离,从而得到结构所受到的纯气动力和相应的气动自激力。(6)详细的研究了涡振区间结束段的旋涡脱落频率与变化过程。通过实测数据详细的分析了涡激共振在脱离涡振锁定后期时的能量变化过程,发现并分析了涡脱频率出现跳跃现象的原因。