桥梁风致振动按照后果严重程度大致可分为两大类：一类是灾难性后果，产生的气动力会致使桥梁出现失稳现象，更有甚者会致使桥梁毁灭。 这一类主要表现为发散性振动特征，如颤振和驰振。 另一类并非灾难性后果，产生的气动力会致使桥梁出现限幅振动现象但不会出现毁灭。 这一类主要表现为收敛性振动特征，如涡振和抖振。

1）国内外研究现状

风洞试验进行颤振导数识别最早出现并采用的是节段模型自由振动法：Scanlan 提出了采用分状态自由振动法进行颤振导数识别的理论； Beliveau 分别在风洞试验均匀流和紊流流场中进行主梁节段模型的颤振导数试验，并采用非线性最小二乘法的原理对试验数据进行处理，成功识别了颤振导数；Kumarasena 采用耦合状态自由振动法进行颤振导数识别的理论，成功识别了主梁断面的颤振导数；Shinozuka 在进行颤振导数识别的数据处理方法中引入了ARMA 模型方法；Imai 等全面总结了基于ARMA 模型方法的颤振导数识别理论；Yamada 等从耦合状态自由振动方法得到的时程曲线中采用扩展卡尔曼滤波法（Extended Kalman Filter，EKF）对主梁断面的8 个颤振导数进行了同时识别；国内学者中，张若雪于1998 年采用总体最小二乘法原理对主梁断面的8 个颤振导数进行了识别；丁泉顺于2001 年提出采用总体最小二乘法原理进行颤振导数识别的方法所存在的不妥之处，在其基础上得到了修正最小二乘法原理识别颤振导数的方法；李永乐于2003 年在总结前述理论的基础上提出了加权整体最小二乘法，并成功地在节段模型风洞试验中对颤振导数进行识别；Chowdhury 于2004 年引入迭代状态空间法对自由振动法风洞试验得到的位移时程曲线数据进行处理，成功地对3 自由度方向的18 个颤振导数进行了识别。

同时，风洞试验中发展起来的另一种颤振导数识别方法就是节段模型强迫振动法：Mat⁃sumoto 于1995 年首次通过节段模型强迫振动法对颤振导数进行识别，通过变换不同的断面形式定性总结了一定规律；Jensen 于1997 年设计了一套强迫振动装置用于进行节段模型风洞试验的颤振导数识别（该装置为悬臂支撑，可通过分状态振动的方式对颤振导数进行一一识别）；Cigada 于1999 年设计了一套二自由度的强迫振动装置用于进行节段模型风洞试验的颤振导数识别，该装置为了消除传动机构中摩擦力对试验结果的影响，采取了直接由测力元件驱动的方式。 国内学者，陈政清等于2000 年开发了一套二自由度的强迫振动装置，通过采用节段模型强迫振动的方法对颤振导数进行了识别。 发展至今，采用节段模型风洞试验识别桥梁颤振导数的方法已得到广泛应用。

计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）是以流体动力学作为基础，采用先进计算机进行数值计算，从而求解各种流动问题。 随着计算机技术的发展，到1960 年前后，计算流体动力学最早用于航天航空技术中，模拟飞行中的空气流动问题，后续应用范围扩展到能源、汽车等行业。 直到1990 年以后，计算流体动力学开始应用于土木工程行业中模拟结构的空气动力响应。

Larsen 等首先通过数值计算识别了理想平板的颤振导数，并依据临界风速计算方法得到了理想平板的颤振临界风速，接着又以丹麦大贝尔特桥（Great Belt Bridge）为基础，识别了主梁流线型断面的颤振导数，并经计算得到了颤振临界风速。 Ostenfeld 通过采用计算流体动力学中的离散涡法和有线差分法对5 种不同类型的主梁模型分别进行计算，识别了其各自的颤振导数，并经计算得到了颤振临界风速，总结了一定的规律。 Ostenfeld、Larsen 等又采用数值模拟的方法对旧塔科马大桥的风毁过程进行了分析，获得了风毁过程中围绕主梁断面的旋涡脱落以及受到的气动力数据，同时得到了整个过程中风与结构相互作用的机理。随后，计算流体动力学在我国也取得了快速的发展，曹丰产等在计算流体动力学中引入有限元方法（Finite Element Method，FEM），通过采用数值计算和风洞试验两种方法对江阴长江大桥等多座大桥进行了抗风研究，经过对比分析获得了丰硕的成果，并验证了采用有限元法进行数值计算的可行性。 祝志文等在计算流体动力学中引入了有限体积法（FVM），通过对平板进行数值计算识别颤振导数，同时又采用风洞试验的方法进行多次对比，验证了采用有限体积法进行数值计算的可行性。 杨咏昕、刘儒勋等运用计算流体动力学的方法对中间开槽的主梁断面进行气动稳定性分析，并与相同条件下的风洞试验得到的结果进行对比，验证采用数值计算的方法进行气动稳定性分析的可行性。(www.daowen.com)

流体动力学理论为桥梁抗风数值模拟方法奠定了理论基础，并逐步形成了计算流体动力学这种研究方法。 与风洞试验模拟不同，数值模拟的方法采用计算机来对流场条件和桥梁结构进行模拟，并同时考虑两者之间的相互作用。 由于受到计算机计算能力以及数值模拟方法等的限制，最开始实现的是均匀流场中的二维结构断面模拟，然后逐步向紊流场以及三维结构模拟的方法发展。 与风洞试验相比，计算流体动力学具有很多方面的优势，虽然现在还不能取代风洞试验方法，只能作为一种辅助研究方法，但是随着计算机计算能力的提高以及数值模拟方法的不断更新，这种研究方法将成为未来发展的重点方向。

2）开展颤振研究的必要性

颤振形成的气动力会导致桥梁发生失稳现象，桥梁结构出现的颤振现象主要包括分离流颤振和弯扭耦合颤振。 分离流颤振的颤振较为普遍，常发生在非流线型断面的桥梁结构中，或者是流线型不好的断面桥梁结构中。 气流流经桥梁的钝体断面，在迎风面的棱角处发生旋涡脱落及分离现象，从而导致主梁断面发生单自由度扭转颤振，这种现象就是分离流颤振。 弯扭耦合颤振常发生在流线型较好断面的桥梁结构中，是一种在竖弯和扭转两个自由度方向上同时发生的耦合颤振现象。

因为桥梁不同于飞机机翼的流线型结构，气流流经桥梁钝体截面，会出现大大小小的涡旋以及本身出现分离现象，这时空气作用力会变得相当复杂。 如果桥梁刚度大到足以改变空气流场的边界条件，则空气力对桥梁结构的作用发生了改变。 反复循环过程中，桥梁结构不断吸收空气流场中的能量，且无法抵消阻尼耗散的能量，使得风和桥梁整个系统处于发散状态。 颤振是桥梁风致振动中最为主要的发散性自激振动，会导致结构发生失稳现象，从而引发严重的后果，影响最为深远的就是旧塔科马大桥风毁事故。 因此，在桥梁抗风中应防止这种破坏性的颤振振动形式的发生。