综合国内外现有轨道与轨枕结构,对比国内外轨枕形式得出我国轨枕重载化形式宜选择有砟整体式有挡肩轨枕,可使用枕下胶垫强化。对比分析各国动荷载系数、荷载分配系数、枕下支承条件、设计弯矩荷载以及轨枕承载力的不同计算方法。应用有限元方法模拟计算轨枕在准静态作用下不同牵引类型、车辆轴重、列车运行速度、轨枕间距、钢轨类型、轨下垫板刚度、枕下支承刚度、混凝土标号下的轨枕受力特性。在各影响因素单位变化范围内,列车运行速度对轨枕受力影响最大,其次是钢轨重量与轨下垫板刚度,枕间距、枕下支承刚度、混凝土强度影响最小。在轨枕设计与计算中建议在允许范围内以电力牵引、最高的列车运行速度、最宽的轨枕间距、最轻的钢轨重量、最大的轨下垫板刚度与枕下支承刚度作为轨枕设计的边界条件依据。建立车辆-轨道垂向耦合动力学模型计算在不同列车速度、轨枕间距、钢轨类型、轨下垫板刚度和枕下支承刚度下轨枕上、下荷载功率谱密度以及轨枕垂向加速度功率谱密度,得出枕上、枕下荷载较大的频率均发生在2-3Hz和28～29Hz的频段内。轨枕垂向加速度较大的频率发生在70～90Hz频段内。随着列车运行速度的提高,轨枕上、下的荷载以及垂向加速度呈上升趋势。随着轨下垫板刚度的提高,枕上荷载与轨枕垂向加速度呈上升趋势。随着枕下支承刚度的提高,枕上荷载与轨枕垂向加速度呈下降趋势,枕下荷载呈上升趋势。不改变轨枕外形与尺寸,可通过提高混凝土性能与标号强度、提高预应力筋抗拉强度、增加预应力筋根数和优化预应力筋布置提高轨枕承载力。整合轨枕设计流程方程组以轨下、枕中截面等安全储备为目标函数提出预应力筋布置优化方法,以此方法得出Ⅲa型轨枕预应力筋合力点最优位置为距底面94.8mm处,并提出8种轨枕重载化方案。对比得出提高预应力筋根数,即提高张拉力是提高轨枕承载力最直接有效的方法,可拥有18～22%的安全储备,其他方法仅可拥有2-5%的安全储备。