重庆作为中国中央直辖市,其城市轨道交通正在飞速发展,但因其山地城市特殊的地理环境,地铁线路不得不跨越众多大江深谷,从而造成线路敷设大量采用了高墩桥梁,个别区段桥墩高度甚至超百米。一方面,与平原城市地下线路相比,山地城市高架线路上运行的地铁更易受到环境阵风的侵扰,从而引起车-桥系统的强烈振动;另一方面,与低墩桥梁相比,高墩桥梁在横风激扰下动力学响应更差、振动更大,进而引发地铁列车安全性骤降,可能发生脱轨或倾覆,造成交通中断;严重情况下,如极端暴风等恶劣天气甚至导致高墩折断或梁体破坏,带来更大的危害。因此,从动力学角度给出横风激扰下高墩桥梁地铁运行安全性限值及其改善措施,以期为山区地铁车辆及线路前期设计及后期运营维护提供一定理论依据。首先,基于车辆-轨道-桥梁动力相互作用理论建立了考虑横风作用的地铁列车-轨道-高墩桥梁动力学模型,其中车、轨、桥作为三个子系统被分别考虑,同时通过轮轨关系、桥轨关系耦合在一起,并对其进行了模型验证,证明了其有效性和可靠性。模型采用四动二拖六辆编组B型地铁列车,车辆采用了35自由度模型,并基于多体动力学进行建模。钢轨简化未欧拉梁,桥梁结构简化为四墩三跨双线简支箱梁桥,基于有限元方法建立高墩桥梁。同时,利用谐波叠加法实现了Davenport脉动风谱的数值模拟,并与动态风速历程双指数函数描述的中国帽风动态阵风合成了具有随机过程特征的中国帽脉动阵风,还考虑了山区地形风速沿着高程呈梯度变化规律,之后得到考虑山地加速效应的高度梯度修正风速,最终合成了考虑山地加速效应的中国帽脉动阵风载荷模型。高墩和箱梁的风荷载分别考虑了静风荷载、抖振荷载和自激荷载三部分,作为分布载荷加载到有限元模型上。而地铁列车的横风载荷则将风激励模拟为了集中力和力矩,并考虑了头车、中间车、尾车不同的横风载荷。其次,本文选择Newmark-β积分法进行计算,以确保运算的稳定性,并实现了桥梁、轨道和列车的运动方程求解以及迭代,完车了遭遇横风激扰的高墩高架地铁列车运行安全性计算流程,并且从车辆子系统的运行安全性、运行稳定性及桥梁子系统的动力学响应时三个部分确定了本文的评价体系。再次,研究了脉动横风对车-线-桥动力学系统的影响特性,分别针对横风条件、车辆条件、桥梁结构条件进行了分析以挑选出最适合的工况。结果表明,头车或中间车受风作用大于尾车,横风在α=90°出现极大值,车-桥系统所受脉动横风载荷影响明显大于平均风效果;车-线-桥系统存在动力相互作用,使振动愈加明显,而横风会极大加剧系统振动,随编组的增大而,桥梁变形增大、横风激扰更明显,六辆编组及其头车可作为代表;横风下高墩桥梁对行车安全的影响远大于低墩桥梁,而列车位于迎风侧工况比背风侧对横风更敏感。基于上述工作,根据所选定的动力学评价指标,研究了风-车-桥系统中地铁列车安全运行限值管理。结果表明,车-桥系统动力学指标总体上随车速增加而增加,但在20km/h,60km/h和100km/h时产生了共振;车-桥系统响应随风速的增大而增大,当标准高度风速达10.8 m/s,车速60 km/h运行已无法保证安全;给出了列车临界速度与标准高度平均风速的阈值安全域来控制各种风速下的运行速度;车-桥系统响应随桥墩高度的增大而增大,墩高63 m时,跨中横向形变已超过其安全限值,说明此时列车以60 km/h行驶在桥梁上遭遇标准高度风速10 m/s的横风时运行安全已无法得到保证。最后,研究了改善地铁列车运行安全性的风屏障措施。结果表明,在桥梁上设置风屏障具有双重作用,一方面可以有效地提高地铁列车的运行安全性,另一方面会降低桥梁的抗风能力;当风屏障高度为4 m时,车辆抗倾覆能力最佳,桥面气动系数也较好;车辆气动系数对孔隙率更敏感会随孔隙率的增大而增大;本文选用了双边屏障,其高度5.0 m,且下部2.0 m为实心上部3.0 m开孔,孔隙率30%;当标准高度风速达到21.3 m/s,列车车速60 km/h才无法得到保证,相比于相同条件下无风屏障时的临界风速10.8 m/s有一定提高。