受特殊地域与复杂自然环境影响，不可避免产生的高速铁路桥梁附加变形，随时空变换不断累积且持续发展，势必导致基础结构几何形位与层间界面状态发生变化，使桥上轨道结构发生跟随性变形，从而恶化轨道几何不平顺，进而通过轮轨相互作用影响列车行车的安全性和舒适性，而目前对该问题的映射机理尚不明确。本文针对CRTSⅡ型纵连板式无砟轨道结构及下部简支梁，构建了反映接触非线性、联结失效长时影响以及变形传递机制的桥梁－轨道变形映射通用解析模型；结合含典型伤损的桥梁－无砟轨道系统非线性三维实体精细化有限元模型和京沪高铁某区段轨道高低不平顺实测数据，创新性地阐明了形位变化、结构不连续、刚度不均匀对轨道附加不平顺特征体系的影响机理，主要研究内容及结论如下：
　　（1）通过对高速铁路桥梁结构变形的影响因素分析，重点描述了复杂环境下桥梁变形模式；综述高速铁路基础结构变形与轨面几何形态的拓扑关系、层间结构初始损伤对轨道不平顺的影响及其影响因素等研究现状，指出目前研究工作的不足，揭示了定量化研究桥梁附加变形及层间联结状态对轨道平顺性映射影响机制的必要性。
　　（2）基于桥梁附加变形引起轨道附加不平顺机理，通过对桥－轨系统各层结构进行合理假设，在层间结构力学平衡和变形协调的基础上，分别构建了底座板、轨道板和钢轨力学模型，以及桥墩沉降、梁体竖向错台、梁端竖向转角模式下的梁体力学模型。针对层间结构连接弹簧的非线性力学行为，分别建立了考虑层间联结失效与否的扣件刚度矩阵、砂浆弹簧刚度矩阵、接触弹簧刚度矩阵以及相应的弹簧力矩阵。联立求解上述矩阵，提出了反映接触非线性、联结失效长时影响以及变形传递机制的桥梁－轨道映射通用解析模型，进而将钢轨变形表达为扣件力和结构自重的单值函数。通过MATLAB编程，进行迭代计算。最后，针对动荷载作用下桥梁附加变形与轨道不平顺的映射关系进行了分析。
　　（3）基于大型有限元分析软件ABAQUS，建立了含典型伤损的桥梁－无砟轨道系统非线性三维实体精细化有限元模型。以桥墩沉降、梁体竖向错台和梁端竖向转角三种竖向变形模式和桥墩沉降条件下层间离缝、板底脱空、扣件弹条断裂为例，通过将映射解析解分别与有限元数值解和京沪高铁某区段轨道高低不平顺实测数据进行对比，层间联结是否失效情况下，钢轨变形、扣件力的解析解与有限元数值解均吻合较好，解析模型得到轨道变形趋势与轨道实际变形趋势基本一致，充分验证了映射通用解析模型在层间联结失效与否情况下的有效性。
　　（4）基于已验证的桥梁－轨道变形映射通用解析模型，定量化研究了无层间联结失效时，在不同桥梁结构变形下，桥梁附加变形幅值、梁体跨度、梁端悬出长度、扣件竖向刚度等关键参数对轨面附加不平顺、层间相互作用力的影响机制。研究表明：当桥梁结构发生附加变形时，钢轨会随梁体发生明显的跟随性变形；同一变形模式下，不同桥梁附加变形幅值引起的钢轨变形趋势基本一致，桥梁附加变形幅值越大，轨道附加不平顺的幅值和波长越大；在相同变形模式下，桥梁跨度越大，钢轨跟随桥梁变形的性能越强，变形曲线越缓和，轨道附加不平顺激励越小；梁端悬出长度对轨道附加不平顺影响较小，扣件竖向刚度和砂浆层刚度只影响轨道附加不平顺波长，对其幅值影响较小。
　　（5）基于考虑层间联结失效长时影响的桥梁－轨道变形映射通用模型，量化研究了层间联结失效参数引起的轨道不平顺分布特征和变化规律，阐明了层间界面状态演变对层间相互作用力、桥梁－轨道变形映射路径和变形协调效应的影响机制。研究表明：在桥墩沉降情况下，板底脱空、层间离缝、扣件弹条断裂等层间联结失效会使钢轨在既有变形的基础上局部“下陷”，换言之，在轨道附加不平顺的基础上，会产生一个附加不平顺短波；相比于沉降墩处层间联结失效，靠近沉降墩的降墩处层间联结失效对钢轨变形和层间相互作用力的影响较为明显；如果板底脱空长度大于1m，随脱空长度的增加，层间联结失效致钢轨变形长度近似线性增大，其变形最大值近似二次曲线增长；如果层间离缝长度介于1m－6m，当离缝长度不断增大时，层间联结失效致钢轨变形长度和最大值先增大后保持不变，变形最大值稳定在0.49mm（约为初始离缝高度）；当扣件断裂区域长度由0.65m增大至6.5m时，层间联结失效致钢轨变形长度近似线性增大，其最大值近似二次曲线增长。