斜拉桥拉索的非线性振动问题一直是桥梁工程领域的研究热点。为揭示斜拉索大幅振动的机理,本文对斜拉桥精细化模型进行试验研究。首先,通过试验和两类有限元模型对斜拉桥进行模态分析,得到可靠的模态参数。然后,在斜拉桥跨中附近施加简谐荷载,研究斜拉索的非线性振动模式和机理,并且通过扫频测试进一步解释了斜拉索非线性振动特性。最后,通过自由振动试验和强迫振动试验对斜拉桥索-索、索-梁耦合振动进行研究。本文的具体工作包括以下几个方面:(1)对斜拉桥模型进行模态分析。首先,对斜拉桥模型进行索力通测,在此基础上,考虑斜拉索垂度等非线性因素,建立OECS(One-Element Cable System)和MECS(Multiple-Elements Cable System)两类有限元模型对斜拉桥进行模态分析,然后将有限元结果与试验模态分析结果进行对比,得到可靠的模态参数。最后,基于MECS模态分析的结果,对斜拉桥的非线性振动进行分析。(2)在斜拉桥模型主梁跨中附近位置施加简谐荷载激励,激励频率包括主梁的前两阶面内竖弯模态频率以及斜拉索基频等。研究表明:当竖向激励频率与斜拉索或者主梁频率存在一定比例关系时,观察到主梁的主共振和斜拉索的超谐波共振、次谐波共振以及主共振和多重内共振等非线性参强振动现象。(3)对斜拉桥进行扫频试验,频率范围为4.3Hz~6.4Hz。研究表明:斜拉索由于非线性的存在,表现出“软弹簧”性质,而且向上扫频和向下扫频曲线不完全重合;斜拉索幅频响应曲线存在多个峰值,包括主梁主共振导致的参强振动、主共振以及其他耦合振动;同时,观察到主梁主共振导致的全桥性振动幅值大于斜拉索的局部振动幅值,所以在斜拉桥设计时,需要优先考虑避免这种全桥性振动。(4)通过自由振动和强迫振动试验对斜拉桥各构件间的耦合振动进行研究,试验表明:索-索间存在两种形式的耦合振动:一种是两构件振动频率相互影响,时程曲线中出现“拍”现象,并且对比发现振动是“同步”的;另一种是两构件的时程曲线峰值与谷值相互交错,两构件之间存在明显能量交换。