随着高速铁路的建设与发展,由于轨道高平顺性、高稳定性的要求及环保、地形、地质等诸多条件的限制,会有相当数量的无砟道岔设置在大桥、特大桥或高架结构上,形成高速铁路桥上无砟道岔结构。高速铁路桥上无砟道岔系统不仅综合了无缝道岔、桥上无缝线路、无砟轨道以及大跨度桥梁的技术特点,而且衍生出一系列新的技术难点,已经成为轨道工程研究领域面临的重大技术难题之一。本文在国内外桥上道岔研究资料调研分析的基础上,基于大系统及协同仿真理论,自主建立了高速铁路桥上无砟道岔的精细化空间耦合模型,采用以静为主、静动结合的分析方法,对高速铁路桥上无砟道岔的参数影响规律及典型设计难题进行了系统研究,设计开展了高速铁路桥上无砟道岔的现场综合试验,并对高速铁路桥上无砟道岔典型工点进行了系统检算评估,成功指导了郑西等高速铁路桥上无砟道岔的设计。本文的主要研究工作及成果如下：(1)建立了高速铁路桥上无砟道岔精细化空间耦合模型。基于无缝道岔(车辆)-无砟轨道-桥梁-墩台的相互作用机理,首次建立了完善的高速铁路桥上无砟道岔精细化空间耦合模型。模型由无缝道岔(车辆)、无砟轨道、桥梁、墩台结构以及相互作用模块组成,不仅利用实体单元实现了道岔板、底座板、限位凹槽、道岔梁等结构实际尺寸及物理属性的准确模拟,而且详尽考虑了道岔里轨截面变化、转辙机作用等细部因素及限位器、间隔铁、扣件、滑动层等部件的非线性作用。(2)开展室内及现场试验研究,提出了高速铁路桥上无砟道岔关键设计参数的合理取值。既有参数多适用于普速或提速道岔,不能满足高速铁路桥上无砟道岔的设计需要。针对目前研究的不足,率先开展了高速道岔扣件阻力、间隔铁阻力等关键参数的室内试验研究,参与了砂浆层阻力、制动力率等参数的现场试验,提出了关键设计参数的合理取值,形成了完整的高速铁路桥上无砟道岔设计参数体系。(3)系统研究掌握了高速铁路桥上无砟道岔的力学特性及参数影响规律。利用精细化空间耦合模型,揭示了无缝道岔-无砟轨道-桥梁-墩台的相互作用机理,研究掌握了高速铁路桥上无砟道岔在不同荷载作用下的力学特性,对辙跟结构型式、扣件阻力、摩擦板长度、桥墩刚度、道岔梁跨度及型式等主要参数的影响规律进行了系统研究,提出了高速铁路桥上无砟道岔的合理设计建议。(4)采用静动结合的方法,研究了高速铁路桥上无砟道岔的关键设计难题。针对既有研究方法的不足,首次采用静动结合的方式,对温度-车辆荷载耦合作用场的影响、岔桥相对位置及道岔梁间简支梁的设置等难以单纯从静力或动力角度解决的高速铁路桥上无砟道岔设计难题进行了深入研究,为高速铁路桥上无砟道岔的研究提供了新的思路。(5)设计开展了高速铁路桥上无砟道岔的静、动态综合试验研究,对精细化理论进行了有效验证。在郑西高速铁路渭南北站和京沪高速铁路徐州东站,对桥上无砟道岔的钢轨温度力、钢轨及桥梁位移、横向变形、无砟轨道温度及结构动力响应等进行了系统测试,把握了结构的实际受力变形规律,有效验证了精细化设计理论,掌握了里轨伸缩的车辆碾压影响值、无砟轨道温度分布及变化规律等设计参数。(6)建立了高速铁路桥上无砟道岔检算评估指标及方法,并应用于典型工点。从整个系统及道岔、无砟轨道、桥梁等组成结构的静、动态受力变形等多角度考虑,建立了高速铁路桥上无砟道岔检算指标与方法。通过理论计算及现场试验,对郑西高速铁路渭南北站桥上轨枕埋入式无砟道岔和京沪高速铁路徐州东站桥上板式无砟道岔进行了全面的检算评估。