随着公路桥梁建设的飞速发展,越来越多的大跨径悬索桥出现在西部山区,其主梁宽度也在不断增大,出现了比较少见的宽体式扁平钢箱梁。宽体式扁平钢箱梁因能够大大缓解交通压力而成为公路桥梁发展的一个新趋势。基于此,本文以位于西部典型山区城市重庆市的寸滩长江大桥为工程背景,采用现场实测、风洞试验、理论分析和数值计算相结合的方法,对桥址处风环境特性及参数、西部山区风下桥梁的抖振响应、宽体式扁平钢箱梁和风—汽车—桥梁系统的气动力性能、风—汽车—桥梁系统振动特性进行了研究。主要研究内容如下:(1)在重庆市寸滩长江大桥桥址处布置了经过改进的风速风向观测系统,研究了桥址处的风特性参数。发现桥址处的局域性小气候特征明显,主风向随着高度增加发生了偏移,风剖面指数、三个方向湍流度比值和脉动风功率谱与规范中相比较,存在着较大偏差。桥址处湍流动能在顺风向有向高频率段偏移而竖风向有向低频率段发生偏移的趋势,并给出了符合桥址处风环境的脉动风功率谱。(2)通过风洞试验和数值计算相结合,对山区风环境下悬索桥抖振特性的进行了分析。发现该桥抖振响应明显,风攻角对主梁横向和竖向位移影响较大,对主塔横向位移影响较小。主塔的横桥向位移随着风速增加增长幅度较大。该桥在设计和运营中应特别注意考虑抖振力引起的疲劳破坏,抖振特性分析为后续风—汽车—桥梁系统振动的计算打下了基础。(3)基于随机谐和函数提出了新的三维路面粗糙度函数。从理论上证明了该函数为平稳零均值正态分布的函数,通过数值模拟,对新函数生成的路面粗糙度的稳定性和零均值性进行了验证,将功率谱密度与标准谱密度相比较,证明了新的三维路面粗糙度模型的可行性和正确性,并对其生成的路面粗糙度具有良好的随机性进行了证明。(4)基于宽体扁平钢箱梁节段模型风洞试验研究了风速、栏杆透风率、桥面粗糙度、大攻角、车型、车辆数目和车辆间距对主梁气动力性能的影响,从绕流场特性角度探究了其影响原因和机理。研究结果表明宽体式扁平钢箱梁在不同风速下静力三分力系数值十分接近,雷诺数影响较小,气动性能良好。栏杆透风率和桥面粗糙度变化对静力三分力系数中阻力系数影响最大、升力系数次之、力矩系数最小。攻角和桥面粗糙度发生变化时,主梁的扭转响应更敏感。大攻角下主梁容易发生大范围大振幅涡振,桥面粗糙度越大,涡振响应越小。有车工况下的涡振响应小于主梁上无车工况下的涡振响应,随着车距的减小涡振响应逐渐增大。(5)通过车辆振动微分方程编制了风—汽车—路面振动系统分析程序,应用山区风环境脉动功率谱,研究了突加侧向阵风、有无脉动风、不同风速及不同车速在三维路面粗糙度上行驶时的车辆响应。研究结果表明:车辆遇到突加侧向阵风时会发生侧向偏移,该偏移随着风速增加而增大。考虑脉动风时车辆的侧滑事故临界风速会比不考虑脉动风时的临界风速低。车辆的车体侧向位移的极大值、脉动均值、脉动范围均随着风速提高而增大。车辆的侧向位移和偏航角的响应曲线形状是由风速决定的。通过Baker事故模型和所编程序,对路面安全行车进行了计算,给出了行车安全车速。(6)通过汽车—桥梁系统振动方程编制了汽车—桥梁系统振动程序,验证了程序的正确性,研究了不同车辆速度,车辆间距及桥面粗糙度因素对桥梁振动的影响。发现车辆过桥时,对悬索桥的整体动力响应有影响,主梁的跨中位移响应随着桥面粗糙度增加而增大,随着车辆间距增加而减小。通过桥上行车安全事故力学模型和安全行车的概率值,给出了不同桥面状况下计算出的六种常见车辆类型的行车安全车速。