随着铁路速度的提高,车辆与线路之间的动力响应越来越大,尤其在线形变化的连接点处及平面曲线和竖曲线重叠地段,轨道与车轮间产生的动力学作用更加显著。传统铁路线路设计参数的研究主要考虑平面参数、纵断面参数及其相互组合条件下对列车运行安全性和舒适性的影响。利用平、纵断面设计参数之间相互耦合再形成三维空间线形的传统设计方法研究空间线形曲率和挠率等变化规律有一定的局限性,而且无法满足更高精度和更高连续性的三维空间线形设计的要求。因为平、纵分离式线形设计方法没有严格的解析模型,同时忽略了三维线路空间的内在联系,对需要提供真三维线路的设计软件,如BIM、GIS等给予的技术支持力度有限,故需从根本上考虑空间几何设计方法建立真三维铁路空间线形。曲率和挠率是不随空间运动和坐标系而变化的几何不变量,可以确定一条唯一的空间曲线,本文提出以弧长为参数,曲率和挠率为基本设计指标,以此建立三维空间线形设计框架。为了更好的研究三维线形设计方法,本文对二维线形设计基本理论和几何连续性进行了研究,分析了组合线形连接点处曲率和挠率的变化规律,得出了平纵组合线路的空间几何连续性。本文基于车-线动力学理论,使用SIMPACK动力学仿真软件建立了基于导入式线路的三维空间车-线动力学模型,通过动力学仿真分析了超高、速度和曲率变化率对车辆运行安全性和平稳性的影响规律,据此得出:在速度设置为300km/h,挠率设为5.12×10-4条件下,当曲率变化率达到0.15×10-9时,继续减小曲率变化率对动力学性能的改善效果不明显。分析了速度为200～300km/h时,负挠率和曲率组合条件下其对车-线动力响应的影响,得出了挠率绝对值的最大值随速度的提高而降低的变化规律,确定了相应的挠率取值范围;分析了正挠率和曲率组合条件下车-线动力响应的影响,得出了挠率最大值随速度的提高而降低的变化规律,确定了相应的挠率取值范围。综合分析,负挠率与曲率组合形式对列车动力学影响比正挠率与曲率组合形式小。