随着我国经济建设的快速发展,大跨度铁路斜拉桥的需求日益增长,铁路运输呈现高速、重载、大流量的发展趋势,因此大跨度铁路斜拉桥的动力性能备受关注。考虑现有钢拉索的腐蚀及铁路桥梁的疲劳问题较为突出,具有轻质、高强、耐腐蚀以及抗疲劳等特点的新型碳纤维增强复合材料（Carbon Fiber Reinforced Plastics,CFRP）拉索的桥梁工程应用前景值得探索。本文从材料疲劳试验、结构静动力试验以及数值模拟等方面开展研究,重点对铁路斜拉桥的车桥耦合动力性能以及斜拉索车致疲劳损伤进行探讨。主要研究内容与成果如下:（1）CFRP拉索疲劳性能试验研究与理论分析本文开展了CFRP拉索的等幅拉-拉疲劳加载试验,共对五种应力水平疲劳荷载作用下CFRP拉索的疲劳性能进行测试。在疲劳加载过程中对CFRP拉索剩余刚度进行了测试,用以研究CFRP拉索在不同应力水平下的疲劳寿命以及剩余刚度退化规律,提出了一个适用于不同应力水平下的剩余刚度模型,以及适用于多级应力水平加载的累积疲劳损伤模型。为验证该模型的准确性以及适用性,本文引用了常见的剩余刚度模型以及相关学者的试验数据进行分析对比。研究结果表明:不同应力水平疲劳荷载作用下,CFRP拉索的剩余刚度呈现三阶段的衰减规律;应力幅越小,第Ⅰ阶段退化程度越高,第Ⅱ阶段所占疲劳寿命的比例越高,三阶段界限越明显;本文基于W.X.Yao模型修正的剩余刚度模型以及基于该剩余刚度模型所提出的累积损伤模型具有较好的准确性以及适用性,可以较好的预测不同疲劳应力水平下碳纤维复合材料的剩余刚度发展,以及在多级应力水平作用下的损伤发展,优于Palmgren-Miner准则的预测结果,为后续斜拉桥结构中CFRP拉索在不同动力荷载作用下的损伤评估提供了理论基础。（2）车桥耦合振动理论模型及数值分析本文基于有限单元法分别建立桥梁结构以及列车车辆的运动平衡方程,通过轮轨接触关系将两者联立形成车桥耦合系统的运动平衡方程组。为完成桥梁结构的车桥耦合振动分析,本文采用Newmark-?法对该运动平衡方程组进行求解。该耦合振动数值模型经无重力简支梁案例的耦合振动解析解验证,同时该数值的模型的模拟结果与斜拉梁结构耦合振动试验实测结果具有较好的吻合度,进一步验证了该车桥耦合振动数值模型建立与求解的准确性。此外,本文采用子空间迭代法求解桥梁结构的自由振动方程,完成桥梁结构的自振特性分析。（3）斜拉索模型桥车桥耦合振动试验研究为研究斜拉桥结构的耦合振动特性,本文设计并制作了斜拉索模型桥,通过模型试验小车的匀速移动模拟桥梁结构的车辆加载激励,从而对斜拉索模型桥的耦合振动进行试验研究,此外还开展了斜拉索模型桥的静力以及自振特性测试。试验中测试了斜拉索刚度、小车轴重以及小车悬挂刚度等因素对静动力位移、索力以及弯矩响应的影响规律。同时,观察不同拉索刚度对斜拉索模型桥自振特性的影响。试验研究表明:同一观测位置,斜拉索模型桥的动力响应峰值普遍高于静力响应峰值,且产生响应峰值的加载位置发生变化;小车轴重、斜拉索刚度是影响斜拉梁结构动力响应峰值的重要因素,同时影响产生动力响应峰值时加载位置的变化以及动力响应峰值发生位置的变化;斜拉索模型桥的动力响应峰值随轴重的增加呈单调递增趋势,随拉索刚度的提高呈非线性单调递减趋势,随小车悬挂刚度变化的规律不明显,但各位置处的变化规律存在差异。（4）斜拉索模型桥车桥耦合振动数值分析本文结合斜拉索模型桥的实测静动力响应以及数值模型,开展主梁位移、主梁弯矩以及斜拉索索力三种响应的动力放大系数分析,并进一步对斜拉索刚度、小车速度、轴重、悬挂刚度等因素的取值范围进行拓展,从而探讨不同因素对斜拉索模型桥中主梁位移、弯矩以及斜拉索索力动力放大系数的影响规律。研究结果表明:小车的加载速度对斜拉索模型桥的动力响应峰值以及达到峰值时的加载位置具有明显的影响,在V=0.2~2.0m/s速度范围内,主梁弯矩、位移以及拉索索力动力放大系数都随速度的增长呈现波动式增长规律;小车的轴重是影响斜拉梁结构动力响应的重要因素,在M=5~50 kg轴重范围内,动力响应峰值都随轴重呈现线性增长关系,但动力放大系数都始终保持恒定;斜拉索刚度也是影响斜拉索模型桥动力响应的重要因素,斜拉索模型桥各处的动力响应峰值随拉索刚度的增长呈现先快速-后平缓的非线性递减规律。在0.1~1.0EA刚度变化范围内,斜拉索模型桥的各处动力放大系数存在差异,且各处响应的动力放大系数随拉索刚度变化的规律不同;在0.1~1.0K的悬挂刚度范围内,斜拉索模型桥的动力响应受小车悬挂刚度变化的影响较小。（5）CFRP拉索铁路斜拉桥车桥耦合动力及拉索疲劳分析本文以一座主跨为468米的钢拉索混合箱梁铁路斜拉桥为工程背景,采用等轴向刚度原则将斜拉桥中原始钢拉索替换成CFRP拉索,并建立数值模型对两种拉索斜拉桥结构的模态分析、静力分析以及车桥耦合动力分析,对比两种拉索斜拉桥的模态、静力响应、动力响应以及动力放大系数的差异。本文基于斜拉桥车桥耦合振动分析提出斜拉索车致疲劳损伤评估方法,对两种拉索因列车激励引起的疲劳损伤进行评估,从而对比钢拉索与CFRP拉索的疲劳性能。此外,本文还选择列车车速与轴重作为研究参数来探讨其对桥梁动力特性以及拉索疲劳损伤的影响。研究结果表明:CFRP拉索的等效弹性模量高于钢拉索,其竖向支承刚度优于钢拉索,1阶竖弯频率高于钢拉索斜拉桥;同等加载情况下,CFRP拉索斜拉桥的跨中位移、桥塔塔顶位移以及斜拉索索力等响应的动力峰值均小于钢拉索斜拉桥,耦合动力响应峰值普遍大于静力响应峰值;斜拉桥结构的动力响应峰值随着轴重的提高呈现近似线性的递增趋势,而随着车速的提高呈现波动式增长趋势;列车轴重以及车速的变化还会引起产生动力响应峰值发生位置的变化,同时还会引起产生峰值时加载位置的变化;主梁跨中位移以及斜拉索索力的动力放大系数随轴重变化较小,近似恒定;动力放大系数随车速的增长呈现波动式上升趋势,部分车速下达到局部波峰;钢拉索与CFRP拉索斜拉桥的动力放大系数在不同轴重以及车速下互有高低。列车的运行工况也是影响斜拉桥结构动力放大系数的重要因素;斜拉索的疲劳损伤随着轴重的提高呈现非线性的递增趋势,且增长速率逐渐增大,斜拉索疲劳损伤随着车速的提高呈现波动式增长趋势,在部分车速下会达到局部波峰;同等加载情况下,CFRP拉索的疲劳损伤小于同位置处钢拉索;列车的运行工况影响斜拉索疲劳损伤分布以及疲劳损伤峰值产生的位置,但总体而言,靠近桥塔位置的拉索疲劳损伤最小,中跨拉索的疲劳损伤高于边跨,CFRP拉索斜拉桥的全桥拉索疲劳损伤分布均匀性优于钢拉索斜拉桥。