我国高速铁路发展迅速,无砟轨道铺设范围较广、里程较长。受不同地区温度差异大、极端高低温、复杂温度循环等环境因素以及长期列车荷载作用的影响,无砟轨道易产生多种结构病害,病害的出现不仅加大了线路的养护维修工作量,严重时还将危及高速列车的运营安全。因此亟需针对不同地域气候条件下无砟轨道的温度场变化以及温度-列车耦合作用下无砟轨道的力学特性与病害产生机理进行研究。然而针对无砟轨道温度场的实测试验存在诸多困难且无法考虑不同地域气候特征变化,既有的无砟轨道试验平台也缺少针对无砟轨道整体结构的温度-列车耦合试验考虑。本文结合我国高铁无砟轨道的试验研究迫切需要与既有研究的不足,针对高铁无砟轨道综合试验平台的设计与试验功能进行了一系列的前瞻性基础研究工作。主要的研究工作与成果如下:(1)基于无砟轨道的试验研究需求,定位了高铁无砟轨道综合试验平台具备的基本功能,初步设计了试验平台的功能模块组成、结构、基本试验参数。出于对高铁无砟轨道试验平台的基本功能、试验操作空间需求等方面的考虑,初步设计了试验平台包括温湿度控制系统、疲劳加载控制系统、试验用无砟轨道系统、传感监测检测系统以及辅助装置在内的功能模块组成以及试验平台的外结构特征与空间尺寸;出于对无砟轨道所处的环境温度以及列车荷载作用的模拟考虑,设计了试验平台的基本试验参数,其中温度控制范围为-60℃～+70℃,疲劳加载机最大动力幅值1000k N,标准加载频率为50Hz。(2)基于有限元方法与传热学理论建立了试验平台设计分析模型,包括无砟轨道综合试验平台外结构模型、室内空气温场分析模型、试验用无砟轨道力学分析及传热分析模型。结合无砟轨道综合试验平台结构与尺寸的初步设计,基于有限元方法与传热学理论建立了试验平台设计分析模型,其中空气温场分析模型结合了有限元的CFD分析功能,对CRTSⅡ型板式无砟轨道按照试验平台铺设条件建立了三块板长度的分析模型。通过与既有文献、理论结果进行对比,对无砟轨道分析模型以及有限元的传热分析结果可靠性进行了验证。(3)出于对高铁无砟轨道综合试验平台试验功能保障与结构稳定性的考虑,在试验平台的初步设计基础上对其结构、升降温速率控制以及无砟轨道约束方式等方面进行了设计优化研究,并确定了试验平台结构设计方案,绘制了结构设计图。为保障试验平台稳定、平衡的温度控制与调节功能,分别就试验平台的箱体保温隔热性能、空气温场均匀性以及空气升降温速率影响因素三个方面进行分析,确定了试验平台箱体保温层宜采用厚度100mm的硬泡聚氨酯材料,空气升温时宜采用上进风,下回风的进出风循环方式,降温时宜采用下进风,上回风的进出风循环方式,并制定了试验平台的空气升降温速率控制参考表;为保障重力与疲劳加载作用下试验平台结构的稳定性,确定试验平台的侧面箱体板采用150mm的初步设计厚度,顶板厚度宜加厚至180mm,试验平台基础采用混凝土底座板基础结构形式更有利于试验平台在疲劳加载试验时的稳定性与对箱体的隔振;为保障试验结果的准确性,确定采用千斤顶顶推约束方式以及纵筋锚固+植筋的约束方式对轨道板自由端进行约束;绘制了高铁无砟轨道综合试验平台结构设计图,详见附录A。(4)结合试验平台温度控制与调节的基本功能,基于有限元方法研究了试验平台的无砟轨道温度场模拟控制试验功能,总结了试验控制方法,为实际试验功能实现与试验操作提供了理论支撑与指导。对无砟轨道进行温度场模拟控制时,应将空气升降温加载作为主要控制手段,热源辐射加载作为辅助手段;按照总结的无砟轨道温度场模拟控制方法通过仿真模拟得到的轨道板温度梯度变化与实测温度梯度变化吻合度较高;基于试验平台的无砟轨道温度场模拟控制试验功能及其试验控制方法,可以实现对不同地域气候条件下的无砟轨道温度场的试验模拟与研究,解决线上监测试验存在的诸多研究困难。(5)结合试验平台疲劳加载的基本功能,基于有限元方法分析了瞬时温度与短期动力荷载耦合作用下的无砟轨道力学特性及层间损伤特性,研究了试验平台动力加载方式下的列车荷载试验加载频率与时程曲线,为试验平台的无砟轨道温度-列车耦合试验功能的实现与实际试验操作提供了理论支撑与指导。温度的变化对钢轨在动力荷载作用下的振动加速度影响不大,无砟轨道的应力幅值变化主要受到温度荷载作用的影响,垂向动载仅造成应力的较小波动变化;温度-动力荷载耦合作用会加快无砟轨道层间界面损伤的萌生,加剧损伤程度的发展。通过对列车荷载频率研究分析得到了适用于试验平台动力加载方式下的试验加载曲线,较为真实地模拟了列车荷载作用,实现了试验平台针对无砟轨道的温度-列车耦合试验功能。轨道板所受温度荷载越大,列车荷载对轨道板应力变化影响也越大;温度荷载对于无砟轨道层间损伤的萌生与发展影响比列车荷载更为显著,在长期温度-列车耦合作用下,层间损伤病害易先于板边位置处发生。