高速列车过桥时会引起桥梁结构的振动,同时桥梁结构的振动反过来也会影响到桥上车辆的振动,这种相互作用的问题称之为车桥耦合振动问题。当列车行驶在桥上时,不仅引起了桥梁结构的振动,同时其动力效应能够增大列车对桥梁的荷载效应,加剧对桥梁结构的破坏,这种振动问题随着车速的增大而增大。近年来,随着高速铁路的大量修建,大跨度桥梁被广泛应用,因此对列车过桥时引起的桥梁振动问题越来越被关注。矮塔斜拉桥的力学性能介于连续梁(连续刚构)与普通斜拉桥之间,矮塔斜拉桥的斜拉索与预应力混凝土体外预应力相似,能够极大的减小拉索的应力变幅,同时拉索的竖向分力可以平衡梁体自重引起的荷载,达到减小主梁高度的目的,水平分力可以更好的抵消主梁靠近桥塔附近梁段的负弯矩引起的拉力,加之具有良好的美观效果,在近年来高速铁路、城际轨道等线路的桥梁工程中不断被采用,同时160~300m跨度范围内,采用预应力混凝土的矮塔斜拉桥具有较强的竞争优势。因此开展对铁路矮塔斜拉桥在车致振动下的力学行为研究具有现实意义。本文基于车-桥耦合振动理论和结构有限元理论,建立了可以分析车致振动下桥梁结构内力行为的动力学模型,针对矮塔斜拉桥开展了以下研究工作:(1)为定量描述车辆通过矮塔斜拉桥时桥梁内力大小,提出了弯矩活载比、剪力活载比及索力活载比概念,研究结果显示车辆通过矮塔斜拉桥时弯矩、剪力、索力活载比分别约为10%、3%、1%,而采用ZK荷载时分别约为30%、10%、3%。基于建立的可以分析桥梁内力车-桥耦合分析模型,研究刚构体系、塔梁固结体系、支撑体系矮塔斜拉桥在车辆通过时的内力变化,结果显示相比刚构体系,塔梁固结体系、支撑体系位移最大值分别增大151.35%、118.57%,剪力最大分别增大9.82%、-15.23%,弯矩分别增大73.16%、58.75%,刚构体系矮塔斜拉桥整体力学性能优于其他两种体系。(2)为了研究矮塔斜拉桥冲击系数谱,以1座主跨180m矮塔斜拉桥为例建立车-桥耦合分析模型,结果显示主梁相同位置处剪力冲击系数>弯矩冲击系数,弯矩冲击系数>位移冲击系数。以4座铁路矮塔斜拉桥为例,引入数理统计与概率分布中假设检验理论,通过统计分析发现矮塔斜拉桥冲击系数服从极值I型分布。采用国际通用做法置信度0.05的冲击系数作为该桥的冲击系数,通过回归分析,得到了铁路矮塔斜拉桥主梁位移、正弯矩、负弯矩、剪力分别关于基频、跨度、速度的冲击系数谱,并与某矮塔斜拉桥实测位移冲击系数对比,结果显示本文提出的关于基频、跨度和速度的位移冲击系数相比实测值绝对误差分别为6.94%、0.43%、4.59%,关于跨度的冲击系数更接近实测值。为能够综合考虑基频、跨度、速度等因素对冲击系数的影响,参考已有文献,将矮塔斜拉桥的冲击系数构造为关于基频、跨度、速度及轨道不平顺影响的形式,以某主跨288m矮塔斜拉桥为例进行分析,得到最终的冲击系数为1+μ=0.5v/(7.2f L)+1.01,并与现有规范计算值进行对比,结果显示当速度较低时该式计算结果与设计采用冲击系数计算公式更为接近;通过多组算例对比几种冲击系数谱计算公式,结果显示综合考虑跨度、基频、速度的冲击系数计算公式能够对位移、剪力、弯矩冲击系数较好的计算。(3)为研究斜拉索对矮塔斜拉桥主梁的影响,以多座矮塔斜拉桥为例研究斜拉索对主梁内力及冲击系数的影响,结果显示斜拉索最大可使得主梁位移、弯矩、剪力下降61.01%、24.51%、51.84%,但斜拉索并未改变主梁冲击系数随速度变化规律。拉索失效作为一种特殊荷载,其任意根拉索失效可使得主梁弯矩、剪力及其他拉索索力最大增大0.26%、0.26%、11.29%,同时拉索失效对主梁冲击系数影响较小,说明铁路矮塔斜拉桥整体刚度是由主梁自身刚度控制。(4)为研究铁路矮塔斜拉桥与普通斜拉桥的区别,提出基于车致振动位移响应效应比和基于车致振动索梁活载比的区分方法,结果显示矮塔斜拉桥的位移响应效应比效应最大为0.62,即位移响应效应比小于0.62则认为是矮塔斜拉桥;当矮塔斜拉桥主跨在200m左右时,其车致振动索梁活载比小于0.5,即车致振动索梁活载比小于0.5则为矮塔斜拉桥;对于300m左右跨度时车致振动索梁活载比小于2,即车致振动索梁活载比小于2则为矮塔斜拉桥。(5)为研究设计参数对矮塔斜拉桥内力影响,以目前最大跨铁路矮塔斜拉桥为例,研究了边中跨比、桥塔高跨比、主梁截面高跨比、拉索截面面积、桥塔抗弯刚度、桥墩抗弯刚度对矮塔斜拉桥关键部位力学性能及索梁活载比的影响,结果显示桥塔高度、拉索面积及主梁高度对矮塔斜拉桥关键部位力学性能及索梁活载比影响较大。