应用PIV流场显示技术观测、记录和分析典型桥梁断面的气流绕流特征，辅以CFD计算和测压试验，在细观层面上定量研究桥梁断面周围的旋涡非定常演化规律及其诱导的非定常气动力与桥梁断面运动的非线性关系。然后以此为基础，结合宏观层面研究成果，建立适合于澄清桥梁风振机理的分析方法，并对大跨度桥梁典型断面的风振机理进行深层次的分析和总结。最后应用PIV流场显示技术和风振机理分析方法，对大跨度桥梁颤振和涡振气动控制的机理进行分析和探讨。.目前桥梁风振机理和气动控制机理的研究比较少，且集中在以气动阻尼、振动形态为对象的宏观层面研究，缺乏细观层面研究的现状使得理论框架不完善，难以获取对风振机理的透彻认识，亦难以对应用型研究提供应有的指导和理论支撑。通过将PIV技术应用到桥梁风振研究中去，推动细观层面研究的突破，实现细观、宏观研究成果的结合，无论是在理论框架完善还是工程应用指导上都具有重大意义。 2100433B

桩基础作为重要的基础形式，已广泛应用在桥梁、港口码头、近海平台和土工建筑（如桩基挡土墙、开挖支护桩和抗滑桩）等工程项目中。在受到侧向荷载作用下，桩与土之间的相互作用机理十分复杂。桩在侧向荷载作用下的变形发展直至破坏过程，实质是桩与桩周土体相互协调、相互作用的结果。本研究基于可视化试验装置开展了模型单桩在干砂和饱和砂土中的侧向受荷试验，通过对比分析饱和度和密实度对桩-土相互作用的影响。基于PIV技术和多台相机标定方法，二次开发了Stereo-PIV程序。改编相机标定工具箱软件和三维共线方程解析法，自行编写MATLAB程序，重组三维空间坐标。结合土体表面的三维位移和桩的力学特性，分析主动桩、被动桩和中间土体的相互影响。本研究将渗水力技术与粒子图像测速技术结合，研制一种能量测土体位移的渗水力模型试验装置，并将此应用到侧向受荷桩土体位移场研究中，扩展了PIV技术的应用范围，量测了在不同重力场下的土体位移变化。还将透明土技术和粒子图像测速技术相结合，分析侧向荷载桩周土体内部的位移变化规律。通过多个平面的反距离加权插值分析，获得了土体内部的真三维位移，该方法可以有效的研究桩与土体的内部相互作用，为揭示桩-土相互作用机理提供更全面的数据。本研究从桩周土体位移的角度对侧向受荷桩的工作机理开展模型试验研究，为揭示桩-土相互作用机理提供更全面的和完整的参考。 2100433B

桥梁跨度大幅度增长带来的主要问题是结构刚度的急剧下降，这就使得风致振动对桥梁安全性的影响更加重要。在各种风致振动中对桥梁稳定、安全和使用性能影响最大的是自激振动。要澄清桥梁自激振动的发生机理就必须深入理解风与桥梁结构间的相互作用和能量传递原理，而这正是目前风振机理研究方面所欠缺和亟待解决的问题。.本项目采用桥梁风振能量分析和CFD数值分析，同PIV流场显示和节段模型试验相结合的方法，建立宏观和细观层面的桥梁风振能量分析方法，研究大跨度桥梁典型断面的自激振动能量在各自由度间的传递和分配规律，以及非定常自激力的做功规律，揭示桥梁结构与绕流气流之间的能量传递和转化规律，并从系统能量分析入手研究大跨度桥梁风振气动控制方法的控制原理。目的是获取对桥梁风致自激振动发生内在机理以及桥梁风振气动控制原理的深入认识，从而提升抗风研究的层次和水平，为我国跨海大跨度桥梁建设的安全性和经济性提供必要的理论支撑。 2100433B

大跨度桥梁的颤振分析是抗风设计的主要依据，而风场模拟和颤振导数识别是进行颤振分析的两个前提条件。本项目在国家自然科学基金(512080155)资助下，进行了颤振分析、颤振导数识别以及风场模拟三个方面的工作。主要内容包括：研究了三种不同相干函数条件下模拟脉动风的统计特征变化规律，对比分析了三种风场模拟程序(谐波合成法、线性滤波法和特征正交分解法)的计算效率，研究结果表明：采用修正的指数表达式相干函数模拟的脉动风具有负相关性，同时能较好解决谱密度矩阵不正定的问题；谐波合成法较为适合桥梁结构的脉动风场模拟。提出了识别颤振导数的思路简单、适用性更广的小波识别法；改进了识别颤振导数的随机子空间法；编制了两种方法的计算程序，并通过算例分析验证了这些方法的有效性。发展了大跨度桥梁结构气动耦合颤振的双模态和多模态分析方法，对几座典型桥梁结构进行了耦合颤振分析，通过不同方法分析结果与精确解或试验结果之间的比较，验证了其有效性。提出了另一种修正的分步分析法，与Matsumoto提出的修正分步分析法相比，物理意义更明确；利用其对几种典型桥梁断面的颤振机理进行了深入的研究，同时首次探索性地解释了颤振后状态颤振分支跳转的原因。 2100433B