高速铁路以载客量多、行车密度大、时效性强等优点著称,是现代化铁路运输的首要选择。目前,无砟轨道是我国高铁的主要铺设型式,在国内新建的高速铁路线路中,很大比例上也都采用了无砟轨道这种型式。高速铁路无砟轨道主体结构要求达到60年的使用年限,随着无砟轨道运营年限的增加,车辆轴载作用的频次也会逐年增加,很有可能出现轨道结构疲劳损伤,这些疲劳损伤的存在将严重影响了行车的安全性能和无砟轨道结构的使用寿命。本文针对列车荷载作用下高速铁路无砟轨道结构疲劳损伤及疲劳可靠性等问题,采用自编程序并结合有限元软件建立了多尺度无砟轨道疲劳分析模型,模拟了无砟轨道结构受到列车荷载作用下的动态响应,采用P-M线性累积损伤理论和SN曲线法对无砟轨道各层结构中混凝土与钢筋进行疲劳损伤和使用寿命的分析,建立了用于疲劳可靠性分析的极限状态方程,并对无砟轨道的疲劳可靠性进行求解。本文的主要研究内容与成果如下:(1)建立了可以考虑宏观、细观力学特征的多尺度疲劳分析模型。采用FORTRAN语言和ABAQUS有限元软件分别建立高速铁路列车和轨道子模型。分别提取列车和轨道子系统刚度、质量和阻尼矩阵并通过自编程序实现车辆-轨道耦合,形成耦合系统运动微分方程,利用Newmark数值方法对运动微分方程进行求解。按照无砟轨道实际尺寸建立精细化的有限元模型,包含轨道板、自密实混凝土、底座板及其内部钢筋网。(2)研究了考虑车轨耦合振动效应的无砟轨道各层结构疲劳损伤和使用寿命。将宏观模型得到的无砟轨道动态响应加载到细观模型中,提取并分析了有、无轨道不平顺时轨道板、自密实混凝土、底座板中混凝土和钢筋的应力时程结果,并绘制了三层结构应力最大值分布图。采用雨流计数法对应力结果进行处理,依据线性累积损伤理论和S-N曲线研究了无砟轨道三层结构中疲劳最不利位置处的损伤和寿命,同时分析扣件刚度、行车速度、车辆轴重对无砟轨道结构的疲劳损伤和寿命影响。(3)提出了一套基于车轨耦合随机振动分析的疲劳可靠性分析方法。采用可靠度理论建立轨道结构的疲劳极限状态分析方程,为求得方程中轨道结构等效应力参数的分布情况,采用Python编写程序实现了随机参数下的疲劳分析计算,得到了随机参数下无砟轨道荷载概率分布特征。并依据损伤等效原则提取了轨道结构疲劳等效应力,得到了等效应力概率分布特征。采用Monte-Carlo法对疲劳状态方程进行求解,得到不同行车间隔下的无砟轨道疲劳可靠度时变曲线。本文的研究内容和研究方法,可为我国既有无砟轨道的服役性能和安全评估等方面做出贡献。同时,也对我国无砟轨道的设计、维修等技术有着理论研究意义和工程应用价值。图57幅,表10个,参考文献71篇。