高速鐵路是國(guó)家重要基礎(chǔ)設(shè)施和交通運(yùn)輸大動(dòng)脈，對(duì)推動(dòng)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)\"兩個(gè)一百年\"奮斗目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的中國(guó)夢(mèng)具有舉足輕重的作用。截至2019年年底，中國(guó)高鐵總里程已超過3.5萬km，成為世界上高鐵里程最長(zhǎng)、運(yùn)輸密度最高、成網(wǎng)運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景最復(fù)雜的國(guó)家。我國(guó)高速鐵路取得了輝煌的成績(jī)，如何保證高鐵長(zhǎng)期、安全、穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)成了現(xiàn)階段關(guān)注度極高的問題。
　　過渡段作為連接土質(zhì)路基與剛性構(gòu)筑物（橋梁、隧道和涵洞等）的結(jié)構(gòu)，是高速鐵路最薄弱的環(huán)節(jié)之一，更是列車長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)過程中路基沉降和軌道平順性控制的重中之重。過渡段的合理設(shè)計(jì)成為保證線路安全和旅客舒適性的關(guān)鍵，而列車作用下過渡段的動(dòng)力特性則成為驗(yàn)證過渡段設(shè)計(jì)是否合理的重要指標(biāo)�？紤]到我國(guó)高速鐵路建設(shè)中，橋梁、隧道和涵洞等構(gòu)筑物出現(xiàn)的比例較高，密集過渡段間的相互影響也成為當(dāng)今高速鐵路研究的一個(gè)重點(diǎn)。
　　本書以武廣高速鐵路過渡段為研究對(duì)象，以國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目和湖南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目等為依托，通過室內(nèi)外試驗(yàn)獲取了過渡段材料參數(shù)和剛度比，利用現(xiàn)場(chǎng)大型行車試驗(yàn)分析過渡段動(dòng)力特性規(guī)律，并由實(shí)測(cè)軌道振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)數(shù)定（本書指以數(shù)學(xué)方法將加速度信號(hào)轉(zhuǎn)化為應(yīng)力結(jié)果）得到了軌道應(yīng)力時(shí)程曲線，結(jié)合ANSYS參數(shù)化編程建立了過渡段軌道-路基動(dòng)力有限元分析模型。另外，結(jié)合有限元法和模態(tài)疊加法，采用FORTRAN語言編制了列車-軌道-路基動(dòng)力分析程序，研究了列車作用下過渡段的動(dòng)力特性影響因素及密集過渡段間的相互影響。本書共分為三部分八章。第一部分是對(duì)高速鐵路過渡段基本知識(shí)和理論的介紹，包括第1～3章；第二部分是對(duì)高速鐵路動(dòng)力特性分析新技術(shù)新方法的介紹，包括第4～6章；第三部分是對(duì)高速鐵路動(dòng)力響應(yīng)結(jié)果分析及技術(shù)應(yīng)用的介紹。
　　第1章緒論，搜集了國(guó)內(nèi)外高速鐵路過渡段所產(chǎn)生的問題及處理方法，并對(duì)普通軌道-路基和過渡段軌道-路基動(dòng)力響應(yīng)的研究歷史與現(xiàn)狀進(jìn)行回顧和總結(jié)，提出了需要開展研究的問題。
　　第2章無砟軌道路-橋過渡段路基參數(shù)獲取試驗(yàn)研究，通過現(xiàn)場(chǎng)波速試驗(yàn)（跨孔法、下孔法及面波法）、大型激振試驗(yàn)及室內(nèi)大型粗顆粒土的物理力學(xué)試驗(yàn)，得到了路-橋過渡段基床表層和底層填料的動(dòng)力參數(shù)和物理力學(xué)參數(shù)，并通過綜合剛度法計(jì)算得到路-橋過渡段的剛度比。通過對(duì)比不同試驗(yàn)方法的試驗(yàn)結(jié)果，提出了較為合理的參數(shù)獲取試驗(yàn)方案。
　　第3章列車動(dòng)荷載模擬，從分析列車振動(dòng)荷載產(chǎn)生的機(jī)理出發(fā)，通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)軌道振動(dòng)加速度，對(duì)軌道振動(dòng)加速度進(jìn)行數(shù)定，獲取軌道動(dòng)應(yīng)力時(shí)程曲線，再假定整個(gè)路-橋過渡段分為過渡段區(qū)域與普通路基區(qū)域，從而獲取路橋過渡段的動(dòng)荷載時(shí)程曲線，完成對(duì)列車振動(dòng)荷載的模擬。
　　第4章無砟軌道過渡段軌道-路基系統(tǒng)模型的建立及求解，基于D'Alembert原理的弱變分和整體Lagrange格式，首先分析研究對(duì)象的本構(gòu)模型、材料阻尼、CA砂漿單元選取、不同單元的連接，并引入了黏彈性人工邊界，充分利用實(shí)測(cè)鋼軌加速度，結(jié)合傅立葉變換等方法數(shù)定得到輪軌垂向力，作為動(dòng)荷載輸入，從而改進(jìn)了現(xiàn)有無砟軌道路-橋過渡段系統(tǒng)半無限三維空間動(dòng)力有限元計(jì)算模型。整體剛度矩陣方程的求解采用了Newmark隱式積分法，因計(jì)算模型中包含有大量的耦合約束方程，采用了波前求解器和縮減法求解器，整個(gè)求解是在ANSYS系統(tǒng)中進(jìn)行的。
　　第5章基于模態(tài)疊加法的車輛-軌道路基過渡段耦合模型的建立，通過建模和有限元分析提取模型的振型和頻率，將有限單元法和模態(tài)綜合疊加技術(shù)引入車軌耦合振動(dòng)模型。車輛采用六自由度的二維車輛模型，軌道采用平面梁?jiǎn)卧�建立連續(xù)梁模型，提取車輪行駛單元節(jié)點(diǎn)處振型向量，利用模態(tài)綜合疊加法推導(dǎo)了系統(tǒng)矩陣，并建立了系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程，這使得車軌耦合方程組矩陣維數(shù)大大降低，提高了求解速度，且避免了由于單元?jiǎng)澐诌^細(xì)導(dǎo)致軌道剛度矩陣和質(zhì)量矩陣非常大而計(jì)算難以進(jìn)行的問題。并用FORTRAN語言編制了相應(yīng)的計(jì)算程序，運(yùn)用所編制的程序與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果表明該種方法切實(shí)可行，具有很強(qiáng)的通用性，且便于分析結(jié)構(gòu)細(xì)部的動(dòng)力響應(yīng)。
　　第6章過渡段動(dòng)力響應(yīng)信號(hào)測(cè)試及分析，在武廣高速鐵路綜合試驗(yàn)段進(jìn)行了兩種車型120趟高速行車條件下的動(dòng)力學(xué)測(cè)試，首次獲得了最高速度達(dá)354.7 km/h的路-橋過渡段動(dòng)力響應(yīng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。引入小波分析理論，根據(jù)牛頓柯特斯積分法、五點(diǎn)三次平滑法，結(jié)合Matlab軟件編程，獲取了更真實(shí)的動(dòng)態(tài)時(shí)程響應(yīng)曲線。為了獲取動(dòng)響應(yīng)幅值，進(jìn)一步對(duì)時(shí)程曲線進(jìn)行隨機(jī)數(shù)據(jù)信號(hào)的均方值、均值和方差的統(tǒng)計(jì)分析，并通過K檢驗(yàn)法進(jìn)行正態(tài)分布的假設(shè)檢驗(yàn)；進(jìn)一步驗(yàn)證數(shù)據(jù)的真實(shí)性，從而剔除部分不真實(shí)數(shù)據(jù)，獲得真實(shí)信號(hào)。同時(shí)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行了頻域分析，研究了過渡段的動(dòng)態(tài)響應(yīng)沿線路方向和路基深度方向的變化規(guī)律，并研究了軸重、行車速度、行車方向、鄰線行車等對(duì)過渡段動(dòng)力特性的影響。提出了過渡段路基動(dòng)力設(shè)計(jì)的控制條件和動(dòng)力分析控制標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而對(duì)過渡段的設(shè)計(jì)提出了建議。
　　第7章過渡段結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及相鄰過渡段之間動(dòng)力特性相互影響分析，根據(jù)國(guó)內(nèi)外車輛軌道路基動(dòng)力學(xué)特性的評(píng)價(jià)指標(biāo)，利用第4章的過渡段軌道-路基動(dòng)力模型，求得路-橋過渡段在列車荷載作用下軌道-路基的動(dòng)力響應(yīng)；利用第5章模態(tài)疊加法建立的車輛-軌道-路基（地基）模型求得車輛-軌道的動(dòng)力響應(yīng)。以武廣高速鐵路軌道路基設(shè)計(jì)參數(shù)為基礎(chǔ)，分析了過渡段長(zhǎng)度、軌面彎折、差異沉降、過渡段剛度、過渡段形式等因素對(duì)過渡段動(dòng)力指標(biāo)的影響，并提出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)參考值。
　　第8章結(jié)論與展望，借助于書中建立的過渡段動(dòng)力有限元程序和模態(tài)疊加法編制的FORTRAN語言程序，對(duì)于不同間距的路-橋相鄰過渡段進(jìn)行動(dòng)力分析，與實(shí)際工況的路-橋過渡段和現(xiàn)有評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，獲得了最不利的過渡段間距范圍，然后考慮極限工況，獲得相鄰路-橋過渡段的最不利間距，并進(jìn)一步分析了一次過渡法和二次過渡法對(duì)密集過渡段進(jìn)行處理的區(qū)別，得到了在最不利間距以內(nèi)的相鄰過渡段必須用一次過渡法處理的重要結(jié)論。
　　本書的研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（50678177）、湖南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（2020JJ5488）、湖南省教育廳優(yōu)秀青年基金項(xiàng)目（208098）和湖南財(cái)政經(jīng)濟(jì)學(xué)院工程管理學(xué)院的資助，特此向支持和關(guān)心筆者研究的所有單位和個(gè)人表示衷心的感謝。筆者還要感謝教育我多年的師長(zhǎng)，感謝領(lǐng)導(dǎo)和同事的幫助和支持。
　　本書以高速鐵路密集過渡段動(dòng)力特性為研究對(duì)象，旨在為既有高速鐵路長(zhǎng)期穩(wěn)定和安全運(yùn)營(yíng)提供理論支撐，也為后續(xù)高速鐵路建設(shè)提供技術(shù)儲(chǔ)備。隨著高速列車速度的提高和高速鐵路運(yùn)行環(huán)境的變化，高速鐵路過渡段軌道路基動(dòng)力特性也相應(yīng)發(fā)生變化，為此書撰寫增添了一定的難度，再加上受筆者水平所限，雖幾經(jīng)改稿，書中錯(cuò)誤和缺點(diǎn)在所難免，歡迎廣大讀者不吝賜教。