我国高速铁路正处于高质量发展的关键时期,随着高速铁路运营、建设经验的积累及研究的深入,相关技术体系和标准体系正逐步完善。列车荷载作为无砟轨道结构设计和养护维修的关键因素,需要结合工程和运营实践开展深入研究。当前列车荷载传递方面的研究仍存在较多问题,例如:列车荷载对无砟轨道荷载效应的研究多集中于应力检算及振动分析方面,缺乏对荷载传递特征的研究;无砟轨道设计及仿真分析时,往往只关注轨道结构本身,而现场无砟轨道病害大多由于与下部基础相互作用产生,需将多层结构体系进行一体化考虑;我国现阶段尚未形成无砟轨道列车荷载图式,对列车荷载传递过程的研究仍借鉴传统有砟轨道的技术路线;当前测试多为结构表面特殊位置处测试,缺乏荷载在无砟轨道中传递过程的连续测试。本文基于列车荷载传递过程,建立了静、动力学无砟轨道-路基多层结构体系一体化分析模型,研发了用于无砟轨道列车荷载传递测试的压电式连续测试系统。通过静、动力相结合的理论分析,以及室内实尺模型试验和现场行车试验,对列车荷载传递过程中的传递特征及机理进行研究。提出了无砟轨道列车荷载图式。并应用列车荷载传递特征,提出了无砟轨道结构优化建议。具体研究内容和成果如下:(1)列车荷载传递静、动力学无砟轨道-路基多层结构体系一体化分析模型的建立与验证。通过调研掌握了不同型式无砟轨道结构功能、限位及层间接触状态,车辆、无砟轨道及路基的实际力学参数。针对列车荷载传递问题的研究,对列车动力模型、不同型式无砟轨道模型、路基模型进行建模。分别建立了列车荷载传递静、动力学无砟轨道-路基多层结构体系一体化分析模型,通过与室内试验、现场行车试验及武广综合试验段测试数据对比,验证了模型的合理性及可靠性。并对仿真分析软件进行二次开发,提高了建模及结果分析效率。(2)列车荷载在无砟轨道系统中静力传递特征及机理研究。利用所建立的列车荷载传递静力学分析模型,根据列车荷载传递过程,对不同型式无砟轨道依次研究了钢轨支点压力静力分布特征及影响因素,列车荷载在无砟轨道中的传递路径及范围、结构层间压应力及位移分布特征,列车荷载在路基各层压应力及位移分布特征。得到了不同型式无砟轨道及影响因素下轮载分配比率分布特征,明确了列车荷载传递扩展区域及均化区域,得到了列车荷载传递路径及范围、无砟轨道及路基各层压应力及位移分布特征。对不同型式无砟轨道列车荷载传递特征差异性分析,提出了轮载分配比率与无砟轨道整体刚度的相关性、荷载在无砟轨道中的传递特征与中间层及层间接触的相关性以及荷载在路基中的传递特征与无砟轨道单元或纵连分布的相关性。(3)列车荷载在无砟轨道系统中动力传递特征及机理研究。利用所建立的列车荷载传递动力学分析模型,根据列车荷载传递过程,对不同型式无砟轨道依次研究了钢轨支点压力动力分布特征及行车速度的影响,轮轨动力响应、轨道结构动态受力及振动特征,路基各层动态受力及振动特征。明确了列车荷载传递主承载区域和主振动区域,得到了列车荷载在不同型式无砟轨道和路基中的动态压应力和垂向加速度分布特征,提出了基于荷载传递承载及振动区域的病害防治建议。(4)高速铁路无砟轨道列车荷载传递试验研究。根据调研及理论计算结果提出了列车荷载传递测试原则。基于压电测试原理,改进了压电式传感器与混凝土粘结性差,大量布置影响无砟轨道结构受力的缺点,研发了石基压电式压力传感器和测力垫板,并开发了测试系统及标定方法,为室内试验和现场试验提供了技术支撑。分别开展了室内实尺双块式无砟轨道荷载传递试验和京沈CRTSⅢ型板式无砟轨道荷载传递现场行车试验,通过试验分别得到了双块式无砟轨道和CRTSⅢ型板式无砟轨道钢轨支点压力分布特征及无砟轨道结构层间纵横向压应力分布特征,并与仿真分析计算结果对比,证明了测试方法及测试系统的可靠性。(5)列车荷载传递特征在无砟轨道荷载图式及结构优化方面的应用研究。根据无砟轨道列车荷载传递特征及机理研究结果,进行了列车荷载传递特征应用研究。列车荷载图式研究方面,通过对比分析我国高速铁路主型列车荷载作用下无砟轨道的荷载效应,掌握了列车荷载参数与荷载效应的关联性。提出了高速铁路无砟轨道列车荷载图式及加载位置,并进行了列车荷载动力系数及列车荷载图式适应性分析。无砟轨道结构优化方面,分别研究了无砟轨道下部基础刚度、结构尺寸、层间接触状态、结构刚度对无砟轨道荷载传递特征的影响,并根据不同条件下列车荷载传递特征的变化规律,提出无砟轨道结构优化建议。