大跨度桥梁在世界范围内广泛建造,且继续向着超大跨径发展。作为大跨度桥梁控制荷载,风荷载敏感性问题尤为突出。颤振现象是桥梁风灾害中最为严重的一种风致振动现象,一旦发生即造成桥梁主体结构直接破坏,危害极大,因此开展桥梁颤振机理的相关研究是十分必要的。目前主要将桥梁颤振分为两类:发散颤振与极限环颤振。发散颤振的驱动机理已有了较为成熟的理论,研究人员普遍认为是气动负阻尼导致了振动发散;而对于具有较强非线性特征的极限环颤振,研究仍处于起步阶段,其诱发的机理也不甚清晰,急需引入新的非线性理论来解释相关问题。本文基于这一背景开展了大跨度桥梁颤振机理的试验研究。试验采用弹簧悬挂节段模型体系,通过在高宽比为1:10的基础矩形断面来流侧和尾流侧分别布置不同形状风嘴来构造不同流线型程度的气动外形,进而诱发不同类型颤振。首先研究了节段模型阻尼和刚度的非线性效应,然后从颤振试验测振、测力两个方面分析了气动外形对颤振行为的影响、发散颤振和极限环颤振动力特性差异以及气动力做功特点,最后从能量输入的角度对两类颤振的驱动机理进行了探讨。具体研究内容如下:(1)研究了风洞试验中节段模型振动系统阻尼和刚度的非线性效应,指出在颤振分析中有必要考虑阻尼的非线性影响,以便能够更加精确地描述振动系统的能量耗散特性;(2)分析了具有不同气动外形的节段模型颤振试验测振结果,包括颤振振幅随风速变化关系、时频特性、相空间特征以及弯扭耦合特性等,探究了气动外形对颤振行为的影响,发现颤振类型主要受断面来流侧气动外形的控制,指出发散颤振弯扭耦合特性较强而极限环颤振则以扭转振动为主;(3)采用双天平测力技术实现了颤振过程中节段模型所受气动自激力的测量,分析了发散颤振和极限环颤振气动自激力的时频域特性,发现了气动自激力中存在高阶谐波成分,指出气动力与惯性力之间的特定相位关系使得颤振耦合频率始终介于结构竖向和扭转自振频率之间;(4)分析了颤振过程中气动自激力的做功特性,发现对于发散颤振竖向气动力做正功而扭转气动力做负功,而极限环颤振则相反;探究了气动力高阶谐波成分以及颤振位移和气动力相位关系对颤振输入能量的影响,并基于分析结果提出了颤振的相位驱动原理,指出位移与气动力之间相位关系的差异性导致了发生颤振类型的不同。