随着我国高速铁路的快速发展,桥梁在线路中所占的比例越来越大,列车的运行环境也越来越复杂。列车会经常驶过平原、荒漠戈壁、跨江跨海桥梁、峡谷山区等容易遭遇大风的地区,由强风引起的列车倾覆、停运晚点等事故屡见不鲜。为确保列车的运行安全性,本文针对高速列车在地面、简支箱梁桥和大跨度钢桁梁桥三种常见路段上行驶时的横风气动特性与运行可靠性展开了研究。论文的主要研究工作如下:（1）基于计算流体动力学理论（Computational Fluid Dynamics,CFD）建立了列车在地面、简支箱梁桥和大跨度钢桁梁桥三种常见路段上行驶时的横风绕流数值模型,采用重叠网格方法模拟列车的真实运动,研究了考虑移动列车气动效应后的车桥系统横风绕流气动特性,揭示了车桥系统的气动耦合机理;通过与相关文献和移动列车风洞试验的结果对比,验证了数值模型的正确性;计算了列车和桥梁在横风下的气动力,并给出了列车气动力系数随合成风偏角变化的拟合表达式。（2）介绍了通过离散固定点的差值法和基于Taylor“冻结”湍流假定的单移动点模拟法来获取作用在移动列车上的脉动风速时程,并总结了两种方法的优缺点和适用性;基于准定常理论并考虑气动权函数的影响,推导了完全湍流风场中移动列车横风非定常气动力的计算公式,同时考虑了三个方向的湍流脉动和任意横风风向角对气动力的影响;此外,给出了计算横风下移动列车非定常气动力的数值算例,分析了气动权函数对计算结果的影响,并讨论了非定常气动力的概率分布特性。（3）以多体动力学理论建立车辆模型,有限元法建立桥梁模型,并考虑轮轨间的接触关系和作用在列车和桥梁上的风荷载,建立了风车桥耦合系统的动力分析模型;然后,考虑移动列车与横风的气动耦合效应,计算了列车通过多跨简支梁和大跨度钢桁梁桥过程中的车桥动力响应,并讨论了不同风速和车速对车桥动力响应的影响;最后,分析了列车通过桥梁的行车安全性。（4）基于随机振动的虚拟激励法（Pseudo Excitation Method,PEM）,建立了地面列车的随机振动分析模型,计算了列车在脉动风和轨道不平顺下的随机动力响应,通过数值算例,分析了不同车速和风速对车辆响应功率谱的影响;考虑结构的首次超越破坏准则,提出了基于Possion穿越假定、Markov穿越假定和响应最大值法的高速列车横风稳定性评估模型;计算了列车的失效概率曲线,研究了不同风速、车速和横风风向角对列车失效概率的影响,给出了确保地面列车在横风下以一定概率安全运行的概率特征风曲线（Probabilistic Characteristic Wind Curve,PCWC）,并进一步提出了能考虑横风风向角效应的概率特征风曲面（Probabilistic Characteristic Wind Surface,PCWS）。（5）将桥梁变形视为一种“附加的轨道不平顺”,通过全过程迭代法求解风车桥耦合动力方程,研究了列车分别在多跨简支梁和大跨度钢桁梁桥上行驶时风荷载、轨道不平顺和桥梁变形对列车振动的影响;基于Hermite矩模型理论对列车轮轨力极值进行估计,使用动力可靠度方法计算了桥上列车的横风失效概率曲线,研究了不同风速、车速对桥上列车运行可靠性的影响;最后给出了确保桥上列车在横风下以一定概率安全通过桥梁的概率特征风曲线。