重载铁路运输提速、大轴重、长编组的发展需求,对车-轨-桥系统的安全性和耐久性提出了更高的要求,建立动力学仿真模型研究车-轨-桥系统动力学响应并进行优化,可以为线路设计提供相关设计依据以满足其发展需求。本文将车辆视为多刚体系统,推导了重载铁路有砟轨道-桥梁有限单元方程,采用赫兹非线性轮轨关系建立了重载铁路车-轨-桥系统垂向动力学模型,编制Matlab程序实现了车-轨-桥系统动力响应的迭代求解,并与实测数据进行对比验证了模型的可靠性。随后选取了车辆、轨道、桥梁参数,进行车-轨-桥系统动力学仿真分析,研究了不同轨道结构参数下系统响应峰值的变化规律。基于该变化规律,设立单目标、多目标动力响应优化工况,采用Pareto排序的遗传算法优化方法对车-轨-桥系统动力性能进行优化,得到不同工况下最优参数取值。通过研究得出以下主要结论:(1)轨道结构参数的变化对车-轨-桥系统各部件响应峰值具有不同程度的影响。当轨下垫层刚度kp和道床厚度hb发生变化时,主要影响钢轨、轨枕、道床垂向加速度、速度响应峰值,尤其是垂向加速度响应峰值,对桥梁响应峰值影响不大,且对整个系统垂向位移响应影响不大。(2)单类动力响应峰值优化结果表明,钢轨加速度响应峰值最小时,轨下垫层刚度kp为160 MN/m,道床厚度hb为0.31m;道砟块加速度响应峰值最小时,轨下垫层刚度kp为60 MN/m,道床厚度化为0.60m。不同优化结果相互比较时,轨下垫层刚度kp或道床厚度hb的最优取值存在差异,实际工程中需兼顾系统响应水平。(3)多类动力响应峰值的优化结果表明,钢轨加速度响应与轨枕加速度响应,或钢轨加速度响应与道砟块加速度响应组合时,轨下垫层合理刚度kp为180MN/m,道床合理厚度hb为0.39m,轨枕加速度响应与道砟块加速度响应组合时,轨下垫层合理刚度kp为160MN/m,道床合理厚度hb为0.60m。本文从车-轨-桥系统动力学响应的角度出发,结合不同优化目标给出了道床厚度、轨下垫层刚度参考取值。(4)在优化效率方面,本研究针对每个工况独立重复优化3次,3次优化结果保持一致,说明了本文所提出的遗传算法可以实现车-轨-桥系统动力性能的优化,且优化效率显著。