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渤海是我国冰情最为严重的海域，动冰荷载作为渤海海域桥梁结构的一种特殊荷载，可能引起结构强烈振动，影响结构正常运营，甚至引发结构疲劳破坏。然而，目前缺乏针对动冰荷载作用下桥梁结构疲劳损伤和行车安全等问题的评估方法，使得桥梁抗冰设计缺乏依据。因此，本文针对渤海海域冰激桥梁结构振动问题，通过对随机冰力和自激冰力两种动冰荷载模式的研究，分别建立了冰致桥梁随机振动和稳态振动下桥梁结构反应分析模型，提出了随机冰力作用下桥梁结构的疲劳损伤评估方法和自激冰力作用下桥上行车安全评估方法，为渤海海域桥梁抗冰设计提供理论依据奠定了基础。主要研究内容和结论有:
(1)通过对现场实测冰力数据的回归分析，给出了考虑冰速效应的有效冰压计算公式，有效地提高了结构所受局部极值冰力的计算精度。针对直立海洋圆形迎冰结构，考虑入射角和切向冰力的影响，通过构建结构总冰力谱矩阵，给出了由局部极值冰力合成结构总冰力的计算方法，实现了直立海洋宽结构随机冰力过程的模拟。通过与实测灯塔结构冰力数据的对比，发现模拟得到的结构总冰力与现场实测结果较为接近，验证了该方法的正确性。利用该方法能够对结构的随机冰力过程进行大规模地模拟，提供结构抗冰设计所需的极值冰力统计特征。
(2)通过考虑冰的弹性变形、冰的挤压破坏断裂长度以及冰的挤压强度-应力速率非线性关系，建立了基于负阻尼效应的冰激结构自激振动模拟方法。利用该方法能够模拟冰激结构稳态振动响应及自激冰力，重现冰与结构相互作用过程中的频率锁定现象。通过与缩尺模型试验和现场实测结构冰振数据的对比分析，发现模拟冰力和结构振动与测量结果基本一致，表明该方法具有较高的模拟精度。
(3)基于渤海海域典型的地质、水文和冰力条件，考虑了水动力和软弱地基非线性的共同影响，分别建立了随机冰力和自激冰力作用下桥梁结构反应分析模型。以典型的渤海海域桥梁可行方案为例，分别开展了冰致桥梁结构的随机振动和稳态振动研究，获得了不同地基和水深条件下桥梁结构的动力反应规律。研究结果表明，软弱地基和深水条件对桥梁结构的动力反应具有明显的放大作用;在结构发生稳态振动时，自激冰力的主频率被桥梁结构的振动频率所控制，桥梁结构的动力反应很大程度上取决于冰的速度，揭示了冰激桥梁稳态振动时冰与桥梁结构的耦合作用机理。
(4)冰致随机振动发生频次高、持续时间长，是进行冰激结构疲劳损伤分析应该重点考虑的振动模式。为此，利用渤海冰参数的统计模型，给出了渤海冰参数的联合概率分布，提出了考虑冰参数组合概率的冰激桥梁结构疲劳损伤评估方法。基于雨流循环计数法和Palmgren-Miner法则，对不同水深和地基条件下的冰激桥梁累积疲劳损伤情况进行了分析。研究结果表明，软弱地基和深水条件均会导致桥梁结构的累积疲劳损伤增大，即降低了结构的疲劳寿命;通过对桥梁钢管桩截面的应力分析，得到了截面应力点的累积疲劳损伤分布规律，为冰致桥梁疲劳设计提供了参考依据。
(5)冰致稳态振动发生概率低，但振幅较大，可能严重影响桥上行车安全性。为此，本文利用罚函数法定义了车轮与桥面之间的接触关系，通过车辆和桥梁之间的接触力实现了车-桥耦合作用，进而利用本文提出的冰激结构自激振动模拟方法，建立了车-桥-冰相互作用系统的动力分析框架，提出了冰致桥梁稳态振动下桥上行车安全性及舒适性的评估方法。研究结果表明，车辆与桥梁的交互作用受到了冰力与车速的双重影响;随着冰力和车速的增大，车辆的侧滑抗力显著降低，在本文提出的最不利工况下，车辆未发生滑移，但接近侧滑状态;在无冰情况下，驾驶员的行车舒适度没有受到影响，但随着冰力和车速的增大，行车舒适度随之降低。通过本文桥型的计算，发现存在行车舒适性问题，推广到其他桥梁，如果车辆、结构、冰力等计算参数发生变化，则会影响行车舒适度的评价结果。
(1)通过对现场实测冰力数据的回归分析，给出了考虑冰速效应的有效冰压计算公式，有效地提高了结构所受局部极值冰力的计算精度。针对直立海洋圆形迎冰结构，考虑入射角和切向冰力的影响，通过构建结构总冰力谱矩阵，给出了由局部极值冰力合成结构总冰力的计算方法，实现了直立海洋宽结构随机冰力过程的模拟。通过与实测灯塔结构冰力数据的对比，发现模拟得到的结构总冰力与现场实测结果较为接近，验证了该方法的正确性。利用该方法能够对结构的随机冰力过程进行大规模地模拟，提供结构抗冰设计所需的极值冰力统计特征。
(2)通过考虑冰的弹性变形、冰的挤压破坏断裂长度以及冰的挤压强度-应力速率非线性关系，建立了基于负阻尼效应的冰激结构自激振动模拟方法。利用该方法能够模拟冰激结构稳态振动响应及自激冰力，重现冰与结构相互作用过程中的频率锁定现象。通过与缩尺模型试验和现场实测结构冰振数据的对比分析，发现模拟冰力和结构振动与测量结果基本一致，表明该方法具有较高的模拟精度。
(3)基于渤海海域典型的地质、水文和冰力条件，考虑了水动力和软弱地基非线性的共同影响，分别建立了随机冰力和自激冰力作用下桥梁结构反应分析模型。以典型的渤海海域桥梁可行方案为例，分别开展了冰致桥梁结构的随机振动和稳态振动研究，获得了不同地基和水深条件下桥梁结构的动力反应规律。研究结果表明，软弱地基和深水条件对桥梁结构的动力反应具有明显的放大作用;在结构发生稳态振动时，自激冰力的主频率被桥梁结构的振动频率所控制，桥梁结构的动力反应很大程度上取决于冰的速度，揭示了冰激桥梁稳态振动时冰与桥梁结构的耦合作用机理。
(4)冰致随机振动发生频次高、持续时间长，是进行冰激结构疲劳损伤分析应该重点考虑的振动模式。为此，利用渤海冰参数的统计模型，给出了渤海冰参数的联合概率分布，提出了考虑冰参数组合概率的冰激桥梁结构疲劳损伤评估方法。基于雨流循环计数法和Palmgren-Miner法则，对不同水深和地基条件下的冰激桥梁累积疲劳损伤情况进行了分析。研究结果表明，软弱地基和深水条件均会导致桥梁结构的累积疲劳损伤增大，即降低了结构的疲劳寿命;通过对桥梁钢管桩截面的应力分析，得到了截面应力点的累积疲劳损伤分布规律，为冰致桥梁疲劳设计提供了参考依据。
(5)冰致稳态振动发生概率低，但振幅较大，可能严重影响桥上行车安全性。为此，本文利用罚函数法定义了车轮与桥面之间的接触关系，通过车辆和桥梁之间的接触力实现了车-桥耦合作用，进而利用本文提出的冰激结构自激振动模拟方法，建立了车-桥-冰相互作用系统的动力分析框架，提出了冰致桥梁稳态振动下桥上行车安全性及舒适性的评估方法。研究结果表明，车辆与桥梁的交互作用受到了冰力与车速的双重影响;随着冰力和车速的增大，车辆的侧滑抗力显著降低，在本文提出的最不利工况下，车辆未发生滑移，但接近侧滑状态;在无冰情况下，驾驶员的行车舒适度没有受到影响，但随着冰力和车速的增大，行车舒适度随之降低。通过本文桥型的计算，发现存在行车舒适性问题，推广到其他桥梁，如果车辆、结构、冰力等计算参数发生变化，则会影响行车舒适度的评价结果。