我国高速铁路在建设运营中,难免要跨越江河、天然沟谷等交通要道,为减少占地及对环境的影响,需要设置桥梁。在严寒地区路基与桥梁过渡点附近极易产生不均匀变形,导致轨面不平顺与结构损伤,进而影响行车的安全性和稳定性。既有研究主要集中在基础变形的产生机理、设计方法以及控制措施等方面,关于严寒地区复杂基础变形对无砟轨道损伤特性的研究较少。因此有必要开展严寒地区路桥过渡段区域基础变形对无砟轨道变形损伤和动力学响应的研究,可为我国高速铁路优化设计及维护提供理论指导。本文围绕交通强国战略,以严寒地区高速铁路CRTSIII型板式无砟轨道为研究对象,基于有限元理论仿真的方法,分别建立了无砟轨道非线性损伤模型与车辆-无砟轨道-路桥过渡段动力耦合模型。研究了路桥过渡段下部基础复杂变形(余弦型冻胀、半余弦冻胀、半余弦沉降、折角变形以及桥台整体沉降)和温度、列车等多荷载共同作用对无砟轨道变形损伤以及动力学特性的影响。并基于静动力学结果,初步提出了基础变形控制标准。主要研究成果及结论如下所示:(1)总结了既有高速铁路路桥过渡段的设计方案,并从多方面出发对比了严寒地区无砟轨道的适应性,从而确定了最佳设计方案CRTSIII型板式无砟轨道为研究对象。基于结构混凝土本构关系的推导,建立了考虑结构内部配筋的路桥过渡段-无砟轨道精细化模型,得到了结构受力与裂纹损伤发展规律。路基冻胀下结构层间离缝主要发生在冻胀峰值两侧,当冻胀发生在轨道板中部时,最为不利;冻胀量大于15mm时,冻胀波峰、起始位置以及扣件处会出现混凝土拉裂。与冻胀量相比,离缝扩展对冻胀波长更为敏感。当过渡段半余弦型冻胀变形长度超过15m时,层间离缝大幅减小,结构损伤集中在变形末端处。过渡段沉降变形起始处结构会出现受拉损伤,末尾处层间脱空最为严重。过渡段折角变形的起始位置处复合板上表面和底座板损伤较为严重;当变形长度超过15m时,变形协调性较好,层间离缝小于1.0mm。桥台整体沉降主要影响复合板-底座层间离缝,对损伤影响较小。(2)考虑严寒地区复杂的运营环境,基于无砟轨道损伤模型,揭示了多荷载共同作用对无砟轨道变形损伤的影响规律。温度荷载下无砟轨道复合板结构损伤与离缝均较小。与冻胀变形共同作用时,负温度梯度会加剧底座板-路基、复合板-底座间的离缝以及结构裂纹的扩展范围。温度荷载与半余弦型变形共同作用时,轨道结构更容易出现初始损伤。负温度梯度与折角变形共同作用下,复合板与底座板上表面均会出现受拉损伤。列车荷载对轨道的受力状态影响均较小,但与路基冻胀变形共同作用时,底座板混凝土损伤加剧,荷载作用处下部脱空被压实,但“杠杆作用”会增大另一侧的离缝。列车荷载在过渡段冻胀变形末尾处或沉降变形起始处,对底座板的损伤最为不利。且列车荷载在折角变形起始处对无砟轨道的层间离缝和损伤都影响较大。当桥台沉降量为3.6mm时,在列车荷载下底座板会出现宏观裂纹。(3)建立了车辆-无砟轨道-路桥过渡段动力耦合模型,分析了下部基础不同变形形式以及运营条件对车体动力学指标的影响规律。路基冻胀变形主要对列车的轮轨垂向力、垂向加速度,sperling指标影响较大,随着冻胀量增加或者波长的减小,对行车的安全性也越来越不利。当列车进入过渡段变形区段时,轮轨垂向力开始激增,且受短波长影响较大。当过渡段冻胀波长为5m时,轮轨垂向力可达175.97k N,超过了170k N安全限值。而沉降变形和折角变形波长变化对轮轨力影响不大。桥台整体沉降引起的局部不均匀变形会导致轮轨垂向力和加速度发生突变。当沉降量为5mm时,sperling指标为2.75,接近限值3.0,需要着重关注车体运行的平稳性。(4)基于路桥过渡段复杂荷载下无砟轨道的静动力计算结果,提出了严寒地区高速铁路路桥过渡段下部基础的变形控制标准建议值。根据结构损伤和层间离缝指标,提出了路基区域冻胀变形标准:当冻胀波长为5m以下时,冻胀峰值控制建议值为1mm;当冻胀波长为5-10m时,冻胀峰值控制建议值为5mm;冻胀波长为10m-20m时,冻胀峰值控制建议值为11mm;冻胀波长为20m以上时,冻胀峰值控制建议值为14mm。根据结构损伤、轮重减载率、sperling以及层间离缝等指标,提出过渡段区域变形标准:建议路桥过渡段半余弦变形波长大于20m,变形量不超过20mm;折角变形控制限值为不超过1.1‰。根据结构损伤和行车平稳性sperling指标,为保证列车运行的平稳性,避免“跳车”现象,建议路桥过渡段桥台整体沉降变形量不应超过3mm。图122幅,表41个,参考文献156篇。