随着现代材料、施工技术和设计理论的发展,以及电子计算机的普遍应用,出现了新一代的结构。这些结构也变得越来越柔性、自重越来越轻、阻尼也越来越小,一般对风更加敏感。大跨度的悬索桥和斜拉桥就是其中的代表。最近二三十年我国建设了许多大跨径的悬索桥,桥梁的跨度有不断增大的趋势。风对桥梁的作用也越来越显著,风荷载已经是大跨度桥梁设计必须十分关注的问题,甚至起决定性作用。因为大跨度桥梁易受风荷载影响的特点,从经济及安全的角度都有必要进行风振响应分析。 本文在对近地风荷载的特性进行详细地研究之后,着手于风荷载的模拟,以及在有限元框架中实现由风荷载作用下结构的颤振和抖振动力响应分析。具体所做的工作如下: 首先,简要叙述了桥梁风致响应分析研究国内外研究的历史以及现状和发展趋势。 其次,讨论了近地风的有关特性,包括风的组成、平均风剖面平均风速的特性以及脉动风速的特性等,简要介绍了风引起的灾害。在详细讨论了近地风的特性之后,基于脉动风速功率谱密度函数,引用了时间序列多维AR自回归模型来模拟近地风速,采用BIC准则确定模型的结束,并编制了多点风荷载模拟程序,以及对模拟结果进行了谱分析以验证程序的正确性。 再次,讨论了在风荷载作用下结构的响应。利用Scanlan修正后的全颤振导数的自激力气动力方程,和抖振力方程,并利用有限元理论,把这些单元力,转化为等效节点力。此外,通过变化把自激力的作用等效于作用在结构上的附加气动刚度和气动阻尼,采用单参数搜索的算法实现颤振分析。最后利用上述方法在ansysy中计算Thiele采用过的一理想简支梁模型,验证方法的正确性及可实现性。 最后,对厦门海沧大桥东航道悬索桥进行了颤振和抖振响应分析,并比较有限元分析结构与风洞试验结果,以验证结果的正确性。