随着高速铁路的快速发展,其运行环境变得愈加复杂多样。与此同时,在高速铁路中,桥梁结构被广泛采用。而高速铁路桥上列车脱轨原因复杂,一旦发生事故,将造成巨大人身安全事故及财产损失。此外,脱轨荷载还可能对桥梁造成结构性损伤和横向倾覆,进一步影响到桥梁和车辆安全。因此,亟需开展考虑脱轨荷载的高速铁路车桥耦合研究。本文建立了脱轨轮对与简支梁的碰撞有限元模型,得到列车竖向脱轨荷载。并基于车桥耦合理论,分析了列车脱轨荷载作用下,车桥动力响应及行车安全。主要研究内容如下:(1)介绍了车桥耦合振动问题,对列车脱轨后行为以及桥上脱轨问题的研究现状进行综述,归纳了车桥耦合研究的分析方法。结合国内外有关列车脱轨荷载的规范公式和相关研究成果,总结了脱轨荷载特性。(2)使用有限元软件Ansys/LS-DYNA建立脱轨轮对与简支梁的碰撞模型,通过对比相关研究成果,验证了本文模型的合理性。基于此模型,分析了不同脱轨类型、列车轴重、桥梁跨度和桥面宽度等因素对脱轨荷载的影响。(3)分别采用Lagrange法和振型叠加法,建立了车辆模型和桥梁模型。使用竖向密贴和横向简化Kalker蠕滑模型定义脱轨前轮轨关系,使用竖向密贴模型定义脱轨后轮轨关系,脱轨时则解除轮轨关系,得到全过程轮轨关系。以节点动荷载形式,模拟脱轨作用时程。使用直接耦合法推导脱轨荷载-车辆-桥梁耦合振动方程,并采用MATLAB编制了计算程序。(4)引入轨道缺陷和横向地震波两种脱轨触发方式,采用轮重减载率、脱轨系数和横向轮轨力作为脱轨评判标准,完善了考虑脱轨的MATLAB车桥耦合模型。计算了竖向脱轨荷载作用下,6×32m单、双线高铁简支梁车桥动力响应,并分析了双线梁上单线脱轨对另一线行车安全的影响。(5)采用全局平均法,得到典型脱轨荷载的等效静力,并将其转换为均布荷载形式,与规范脱轨荷载进行对比并提出建议,分析了脱轨后桥梁倾覆安全性和桥梁损伤情况。