桥梁的固有频率和固有模态,在大跨度桥梁的动力特新分析中有着重要的意义。在实际桥梁工程中,往往由于梁上存在结构自重、桥面集中质量、机动车荷载等作用,存在一定的初始挠度,进而导致其固有特性发生变化。本文针对考虑初始状态的梁单元固有特性问题,采用能量守恒方程和变分原理,推导得到了梁的振动控制方程和存在初始挠度作用下的梁的固有频率的理论解,明确了存在初始挠度时梁的固有频率的变化规律,以及高跨比、静荷载大小等因素的影响。进一步分析了闵浦大桥等大跨度桥梁上存在静荷载作用下的固有特性的变化,揭示了其在大跨度桥梁工程领域的应用前景。针对初始状态对梁单元固有特性的影响,进行了理论研究。根据能量守恒方程和哈密顿原理,得到了考虑初始挠度作用的梁的振动控制方程。引入简支梁和固支梁的边界条件,采用分离变量法和伽辽金法,得到了均布和集中静荷载作用下的梁的固有频率和固有振型的解析解。分析得到了跨度、静荷载大小对于梁的固有频率的影响。根据理论研究成果,进行了算例分析,得到了存在初始集中静荷载作用时,5mm和3mm厚的固支梁的固有频率和固有振型的解析解。设计并开展了集中静荷载作用下的固支梁固有特性变化模型试验。利用LMS振动测试系统,测试了固支梁在集中静荷载作用下的固有模态。当梁的其他参数不变时,随着梁上静荷载的增大,梁的初始挠度增大,几何构型发生改变,因此梁的各阶固有频率值也随之增大,与之对应的梁的各阶振型曲线也发生变化。而其他参数不变,梁的高跨比变小时,梁更容易产生较大挠度,导致梁的刚度随之变大,最终初始静荷载对梁固有频率的影响变大。同时,由初始静荷载产生的初始挠度,对固支梁在动荷载激励作用下的响应频率会产生一定影响。随着初始挠度的增大,梁的响应峰值会随之向高频产生微小变化。利用地脉动测试技术,进行了闵浦大桥和奉浦大桥的固有特性测试试验,得到了闵浦大桥和奉浦大桥的前两阶固有频率和固有振型。试验采用移动测点法,根据对桥梁的低阶振型的分析,确定闵浦大桥、奉浦大桥的测点布设。数据分析方法采用快速傅里叶分析法,从各点的微动响应信号中分析得到桥梁整体的频谱曲线,进而得到其固有特性信息。闵浦大桥的第一、二阶固有频率分别为0.17Hz和0.48Hz,且各阶固有频率对应的振型曲线与理论分析中的闵浦大桥固有振型较为吻合,表明试验效果良好。根据闵浦大桥的设计资料,采用有限元数值分析方法,研究了闵浦大桥固有特性。采用框架单元体系,建立了闵浦大桥的三维有限元模型。得到了不考虑初始状态的闵浦大桥第一、二阶固有特性。其低阶固有频率分别为0.12Hz和0.33Hz。将地脉动测试得到的闵浦大桥固有频率与数值分析结果进行对比,可见运营阶段的桥梁固有特性与根据设计资料分析得到的不考虑初始条件的桥梁的第一、二阶固有频率相比,增大了42%和45%。综上可得,结构的初始挠度对大跨度桥梁的固有频率有着显著影响,在大跨度桥梁的动力特性分析中,应充分考虑初始状态对固有频率和固有模态的影响。本学位论文及相关研究得到了国家自然科学基金面上基金项目《复杂岩土工程介质中全波场传播特性及相关无损测试方法研究》的资助,项目批准号:11372180。