柔性体系的大跨桥梁对风的作用极为敏感,风致颤振成为了桥梁设计需要考虑的重要问题。随着计算流体动力学(CFD)理论的日趋成熟以及计算机计算速度的快速增长,基于CFD的数值模拟方法已经成为桥梁风工程研究的重要手段。本文借助CFD通用软件Fluent的二次开发,实现了基于双向流固耦合的桥梁颤振数值模拟分析及气动措施优化研究,主要内容如下:(1)数值模拟计算方法研究及验证:结合Fluent动网格技术,研发了一套基于“刚性网格区域+动网格区域+静止网格区域”的混合网格划分方法,兼顾了计算效率和计算精度;对Fluent进行二次开发,在结构计算中采用Newmark-β法,基于双向流固耦合实现了两自由度的桥梁颤振数值模拟分析。从底层结构对UDF程序进行优化,使得程序实现并行运算,结合前面的网格划分方法,为实现桥梁复杂几何断面和多工况的颤振数值模拟分析提供了技术支持。最后通过与典型流线形断面算例的节段模型风洞试验结果进行比较,验证了本文数值模拟方法的正确性。(2)基于实桥的颤振临界风速计算:以实际工程为依托,采用上述数值方法对带栏杆、检修轨道、导流板等附属设施的太洪长江大桥和庙嘴长江大桥主梁断面进行颤振数值模拟分析,得到了不同攻角下的颤振临界风速。数值模拟结果与风洞试验结果吻合良好,表明所采用的数值模拟方法对几何复杂的成桥状态下的桥梁主梁断面的颤振临界风速识别仍具有较高的精度。(3)气动优化措施研究及颤振机理分析:针对庙嘴大桥加劲梁断面的推荐方案,建立了仿真模型并进行了颤振临界风速计算,数值计算结果与风洞试验结果吻合较好。最后探究了各种气动优化措施对颤振的影响机理,为后续类似桥型在断面的选取和颤振优化措施的选取提供了理论指导。本文的数值模拟方法对施工状态以及几何复杂的成桥状态下的桥主梁断面的颤振临界风计算、颤振稳定性分析都有良好的精度,与试验周期长、费用高昂的风洞试验相比,其效率高、成本低,可重复性好。但风洞试验的可靠性仍无可替代,因此将数值模拟方法与风洞试验结合使用,两者对比分析,对大跨桥梁主梁断面的颤振稳定性评估将更为高效、准确。