本文首先回顾了大跨度桥梁颤振的研究现状,分析了目前的线性、非线性颤振框架模型,指出未来大跨度桥梁将会面对的新挑战,点明了进行非线性颤振研究的重要意义。全文基于CFD数值模拟,分别从颤振临界风速的频域、时域求解方法,大振幅下桥梁断面颤振导数和流线型箱梁断面的非线性颤振幅值特性等三个方面递进深入研究,主要的研究内容及成果如下:(1)提出一种新的、稳定的、可靠的颤振耦合分析方法。通过比对多种传统颤振临界风速频域计算方法,发现基于不动点迭代法的分步分析法有迭代不收敛的问题,为规避类似的风险,提出了基于遗传算法的全解耦颤振分步分析方法。该方法具有全局收敛的先天优势,能够有效解决上述问题。(2)将拥有网格质量控制良好、运行效率高等优点的多变形子区域动网格方法引入到一种颤振风速的时域求解方法中。通过平板算例验证了其良好的运行效果。(3)采用颤振风速的直接求解方法对不同型式的断面进行颤振分析。得到几点结论:对于流线型箱梁而言,结构阻尼对颤振临界风速的影响较小,提升结构阻尼不能有效抑制颤振的发生;攻角对颤振临界风速的影响较大,在颤振设计中需要慎重考虑其影响;随着气动外形的钝化,断面的气动力变得复杂,在颤振临界风速周围,其发散与收敛的临界点区分愈发不明显;风速不变的情况下,随着幅值的发散,气动力会产生非线性变化。(4)研究大振幅下桥梁断面气动力的变化。采用强迫振动法识别出不同幅值、折算风速下的气动力,发现随着幅值的增大,高次气动力占总气动力比重逐渐增大,气动力随幅值非线性变化。(5)研究大振幅下桥梁断面颤振导数的变化。采用最小二乘识别出相应的颤振导数,发现颤振导数在微小振幅下是近似相同的,随着振幅增大,一些敏感的颤振导数如、变化太过明显,不再是微小变动或者不变的状态。(6)研究流线型箱梁断面的颤振后非线性特征。基于气动自激力随幅值变化这一思想,依托线性颤振理论框架和求解思路,提出更加规范、精细的考虑颤振幅值因素的二自由度复模态特征值求解方法。并基于此方法,提出非线性颤振响应搜索方法,研究了桥梁颤振后的状态特征。当颤振发生后,振幅出现阶跃性增长,达到某一大幅值时,会处于一个新平衡状态。