桥梁颤振敏感性表征设计参数对颤振临界风速的影响，是探究桥梁颤振机理与提升颤振性能的重要工具。为帮助设计人员在设计阶段高效精准地获取结构动力特性及颤振导数对大跨度桥梁颤振性能的影响规律，提出一种基于直接微分法的桥梁三维颤振敏感性分析方法。该方法基于系统矩阵的左右特征向量正交特性，构建在设计参数小幅摄动时桥梁多模态耦合颤振规格化条件，结合颤振临界条件得到系统特征值及颤振临界风速对设计参数的敏感性。为检验该方法，以理想薄平板断面简支梁桥为算例，与有限差分方法进行比较，表明该方法具有较高的精度和计算效率。将该方法用于一座大跨度悬索桥的颤振敏感性分析，结果表明：对于采用闭口流线型主梁断面的大跨度桥梁，一阶对称竖弯和一阶对称扭转模态对桥梁颤振影响最大；增大桥梁结构的阻尼比、模态质量及基础扭弯频率比，均会提升桥梁颤振临界风速；颤振导数中，A~*_2影响最显著，A~*_3、A~*_1和H~*_3的影响次之，其它颤振导数的影响则基本可以忽略。