随着国家经济的发展和科学技术的进步,为了适应交通的需求,以悬索桥和斜拉桥为表现形式的大跨度桥梁不断涌现。桥梁跨度的增加导致结构刚度降低,从而对风的作用变得敏感,使得抗风设计成为了桥梁设计中的关键性内容。在抗风设计中,为了确保桥梁结构的安全可靠,需要对极值风速、风荷载及风致响应进行合理地估计。为此,学者们提出了一系列计算极值的方法,采用的样本大体可分为三类:极值样本、超阈值样本和母体样本。计算极值风荷载时,通常采用母体样本,其中讨论较多的方法有Davenport公式和Hermite多项式模型。由于它们是基于母体数据进行计算,其精度有必要基于实际的极值数据进一步评估。不同于极值风荷载的计算,极值风速往往直接通过极值样本进行估计。极值样本从附近气象站的长期风速数据中提取,然后采用三种极值分布(Frechet分布、Gumbel分布和Weibull分布)中的一种拟合风速的极值分布。然而,对于某些地形复杂的地区,比如西南山区,通常不适宜建立气象站,所以缺乏有效的风速观测资料。对于这些区域的拟建桥梁,为了较为合理地估计极值风速,可以在桥位处建立临时观测站,对风速数据进行现场实测。考虑到实际情况,现场实测的风速数据往往较短。因此,有必要探讨基于短期实测数据合理推算极值风速的问题。此外,由于风具有方向性,因此极值风速和响应均与风向有关。以往在考虑风的方向性时,往往进行了简化处理。为了使得风速和响应的极值估计更为合理,需要对风向的影响进行更深入的分析。论文围绕风速、风荷载和风致响应的极值估计进行研究,所做的主要工作如下:首先,简单介绍了极值的计算方法,然后回顾了计算极值风荷载较为常用的Davenport公式和Hermite多项式模型(Hermite polynomial model-HPM)。规范中通常采用Davenport公式估计极值风荷载,然而在风荷载具有非高斯性时,可能低估其极值。因此,针对非高斯风荷载的极值,有学者提出了 HPM。然而,无论是Davenport公式还是HPM,均是基于母体数据得出的结果,它们的计算精度需要通过实际的极值数据进一步评估。由于缺乏长期的桥梁风荷载数据,以低矮房屋上的风洞试验数据为例进行了分析。基于风洞试验数据,论文对Davenport公式和HPM的精度进行了详细评估,为合理估计极值风荷载提供参考;此外,在回顾HPM中发现,对于工程实际而言,目前HPM的参数估计方法还有待改进。因此,提出了基于HPM计算非高斯风荷载极值的半解析计算式,通过风洞试验数据对半解析计算式的精度进行了评估,并与现有HPM方法进行了对比。其次,考虑极值风速、风荷载及响应在不同风向或位置的关联性时,涉及到多元极值的建模问题。因此,论文介绍了描述极值关联性的三种方法,包括多元极值理论、copula函数及Nataf变换。同时,根据高斯随机向量极值的渐近特性,对非高斯随机向量极值的渐近特性进行了探讨。以低矮房屋上的风洞试验数据为例,说明了上述方法在多元极值建模的应用。该内容将应用于后续考虑风向的极值风速和桥梁的极值抖振响应。采用普立大桥临时观测站两年多的实测风速数据,探讨了利用短期数据推算设计风速的问题。基于这些实测数据,分别采用区组极值方法、超阈值方法、风速相关性方法和虚拟气象站法推算了设计风速。通过对比这些方法的计算结果,提出在短期数据情况下推算设计风速的建议,为桥梁的抗风设计提供参考。最后,考虑到临时观测站与普立大桥所处地形存在差异,基于数值模拟对设计风速进行了修正。通常而言,基于气象数据推算设计风速时不考虑风的方向性。在桥梁抖振响应中,认为风速均垂直于桥轴线,也没有对风向进行考虑。然而,不同风向的风特性可能存在差异,不同风向下的结构响应也往往不同。为了探讨风向的影响,基于多元极值分析方法,对考虑风向的极值风速和极值响应进行了分析。研究结果将有助于更为合理地估计桥梁的设计风速和极值响应。