车辆载荷作为公路桥梁的基本可变荷载之一，在公路桥梁设计中占有很重要的地位。由于目前我国对高速公路交通荷载的系统和深入的研究工作较少，还没有大家认可的车辆载荷谱。因此，对高速公路车辆载荷谱进行研究，具有重要的科学意义和工程应用价值。为了真实模拟公路的车辆载荷，本文通过对广州某一高速公路路段现场的交通流量进行调查，采集了交通流量和车辆载荷数据，按照时间、车道、车辆类型等变量分别进行统计分析，即将车辆的通行时间作为自变量，探讨在高速公路通行的各类车辆（载荷）的变化规律，并将其折算成标准车型进行统计特性分析，分别得到了不同车道车流量的自相关函数、功率谱密度函数以及概率分布函数，系统地研究了单幅高速公路的三车道车流量的统计特性。然后，编制相关计算和模拟程序，借助“分布转换”这一有效的处理方法来完成了“非高斯→高斯”过程的转换，实现了符合该高速公路实际情况并服从威布尔分布的车流量随机过程的数值模拟。通过对模拟车流量样本与调查样本的统计特性参数进行对比分析，检验了随机车流仿真的有效性与准确性。为了能将车流量转换成车辆载荷，本文设定了置信区间，去除置信区间以外的数据，并考虑各车道车辆之间的相互影响，计算了简支梁桥的横向分布系数，将三车道的车流量（时间序列）转换成车辆随机载荷，并折算到高速公路梁桥的边梁上，得到了作用于边梁的车辆载荷模拟谱。最后，通过弯矩等效原则把车辆载荷的模拟谱转换成疲劳实验所需要的随机载荷谱，得到了车辆随机载荷实验谱。为了检验上述车辆随机载荷实验谱的有效性，采用本课题组提出的湿热环境与实际车辆载荷共同作用下钢筋混凝土（RC）梁的耐久性实验方法，对碳纤维薄板（CFL）加固RC梁实施了车辆随机载荷作用下的耐久性实验。实验结果表明，本论文给出的高速公路车辆随机载荷谱，将为高速公路桥梁上部结构的疲劳性能及其耐久性研究奠定了良好的基础。