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大跨度铁路斜拉桥在车辆通过时，可能发生较大的变形，致使结构几何非线性效应变得显著。针对大跨度斜拉桥的几何非线性特征及铁路桥的特点，建立了结构空间动力分析模型。以广西红水河铁路斜拉桥和主跨300米双线铁路斜拉桥方案为例，模拟机车过桥的全过程，计算了斜拉桥的车桥耦合振动响应，分析了各种因素对桥梁动力响应的影响。结果表明，对于大跨度铁路斜拉桥，非线性分析结果与线性分析结果相比，具有明显差别。在大跨度铁路斜拉桥车桥耦合振动分析中，考虑结构几何非线性效应是必要的。