高速鐵路是國家重要基礎(chǔ)設(shè)施和交通運(yùn)輸大動脈，對推動我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)\"兩個一百年\"奮斗目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的中國夢具有舉足輕重的作用。截至2019年年底，中國高鐵總里程已超過3.5萬km，成為世界上高鐵里程最長、運(yùn)輸密度最高、成網(wǎng)運(yùn)營場景最復(fù)雜的國家。我國高速鐵路取得了輝煌的成績，如何保證高鐵長期、安全、穩(wěn)定運(yùn)營成了現(xiàn)階段關(guān)注度極高的問題。
　　過渡段作為連接土質(zhì)路基與剛性構(gòu)筑物（橋梁、隧道和涵洞等）的結(jié)構(gòu)，是高速鐵路最薄弱的環(huán)節(jié)之一，更是列車長期運(yùn)營過程中路基沉降和軌道平順性控制的重中之重。過渡段的合理設(shè)計(jì)成為保證線路安全和旅客舒適性的關(guān)鍵，而列車作用下過渡段的動力特性則成為驗(yàn)證過渡段設(shè)計(jì)是否合理的重要指標(biāo)�？紤]到我國高速鐵路建設(shè)中，橋梁、隧道和涵洞等構(gòu)筑物出現(xiàn)的比例較高，密集過渡段間的相互影響也成為當(dāng)今高速鐵路研究的一個重點(diǎn)。
　　本書以武廣高速鐵路過渡段為研究對象，以國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目和湖南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目等為依托，通過室內(nèi)外試驗(yàn)獲取了過渡段材料參數(shù)和剛度比，利用現(xiàn)場大型行車試驗(yàn)分析過渡段動力特性規(guī)律，并由實(shí)測軌道振動加速度數(shù)據(jù)數(shù)定（本書指以數(shù)學(xué)方法將加速度信號轉(zhuǎn)化為應(yīng)力結(jié)果）得到了軌道應(yīng)力時(shí)程曲線，結(jié)合ANSYS參數(shù)化編程建立了過渡段軌道-路基動力有限元分析模型。另外，結(jié)合有限元法和模態(tài)疊加法，采用FORTRAN語言編制了列車-軌道-路基動力分析程序，研究了列車作用下過渡段的動力特性影響因素及密集過渡段間的相互影響。本書共分為三部分八章。第一部分是對高速鐵路過渡段基本知識和理論的介紹，包括第1～3章；第二部分是對高速鐵路動力特性分析新技術(shù)新方法的介紹，包括第4～6章；第三部分是對高速鐵路動力響應(yīng)結(jié)果分析及技術(shù)應(yīng)用的介紹。
　　第1章緒論，搜集了國內(nèi)外高速鐵路過渡段所產(chǎn)生的問題及處理方法，并對普通軌道-路基和過渡段軌道-路基動力響應(yīng)的研究歷史與現(xiàn)狀進(jìn)行回顧和總結(jié)，提出了需要開展研究的問題。
　　第2章無砟軌道路-橋過渡段路基參數(shù)獲取試驗(yàn)研究，通過現(xiàn)場波速試驗(yàn)（跨孔法、下孔法及面波法）、大型激振試驗(yàn)及室內(nèi)大型粗顆粒土的物理力學(xué)試驗(yàn)，得到了路-橋過渡段基床表層和底層填料的動力參數(shù)和物理力學(xué)參數(shù)，并通過綜合剛度法計(jì)算得到路-橋過渡段的剛度比。通過對比不同試驗(yàn)方法的試驗(yàn)結(jié)果，提出了較為合理的參數(shù)獲取試驗(yàn)方案。
　　第3章列車動荷載模擬，從分析列車振動荷載產(chǎn)生的機(jī)理出發(fā)，通過現(xiàn)場實(shí)測軌道振動加速度，對軌道振動加速度進(jìn)行數(shù)定，獲取軌道動應(yīng)力時(shí)程曲線，再假定整個路-橋過渡段分為過渡段區(qū)域與普通路基區(qū)域，從而獲取路橋過渡段的動荷載時(shí)程曲線，完成對列車振動荷載的模擬。
　　第4章無砟軌道過渡段軌道-路基系統(tǒng)模型的建立及求解，基于D'Alembert原理的弱變分和整體Lagrange格式，首先分析研究對象的本構(gòu)模型、材料阻尼、CA砂漿單元選取、不同單元的連接，并引入了黏彈性人工邊界，充分利用實(shí)測鋼軌加速度，結(jié)合傅立葉變換等方法數(shù)定得到輪軌垂向力，作為動荷載輸入，從而改進(jìn)了現(xiàn)有無砟軌道路-橋過渡段系統(tǒng)半無限三維空間動力有限元計(jì)算模型。整體剛度矩陣方程的求解采用了Newmark隱式積分法，因計(jì)算模型中包含有大量的耦合約束方程，采用了波前求解器和縮減法求解器，整個求解是在ANSYS系統(tǒng)中進(jìn)行的。
　　第5章基于模態(tài)疊加法的車輛-軌道路基過渡段耦合模型的建立，通過建模和有限元分析提取模型的振型和頻率，將有限單元法和模態(tài)綜合疊加技術(shù)引入車軌耦合振動模型。車輛采用六自由度的二維車輛模型，軌道采用平面梁單元建立連續(xù)梁模型，提取車輪行駛單元節(jié)點(diǎn)處振型向量，利用模態(tài)綜合疊加法推導(dǎo)了系統(tǒng)矩陣，并建立了系統(tǒng)運(yùn)動方程，這使得車軌耦合方程組矩陣維數(shù)大大降低，提高了求解速度，且避免了由于單元劃分過細(xì)導(dǎo)致軌道剛度矩陣和質(zhì)量矩陣非常大而計(jì)算難以進(jìn)行的問題。并用FORTRAN語言編制了相應(yīng)的計(jì)算程序，運(yùn)用所編制的程序與實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，結(jié)果表明該種方法切實(shí)可行，具有很強(qiáng)的通用性，且便于分析結(jié)構(gòu)細(xì)部的動力響應(yīng)。
　　第6章過渡段動力響應(yīng)信號測試及分析，在武廣高速鐵路綜合試驗(yàn)段進(jìn)行了兩種車型120趟高速行車條件下的動力學(xué)測試，首次獲得了最高速度達(dá)354.7 km/h的路-橋過渡段動力響應(yīng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。引入小波分析理論，根據(jù)牛頓柯特斯積分法、五點(diǎn)三次平滑法，結(jié)合Matlab軟件編程，獲取了更真實(shí)的動態(tài)時(shí)程響應(yīng)曲線。為了獲取動響應(yīng)幅值，進(jìn)一步對時(shí)程曲線進(jìn)行隨機(jī)數(shù)據(jù)信號的均方值、均值和方差的統(tǒng)計(jì)分析，并通過K檢驗(yàn)法進(jìn)行正態(tài)分布的假設(shè)檢驗(yàn)；進(jìn)一步驗(yàn)證數(shù)據(jù)的真實(shí)性，從而剔除部分不真實(shí)數(shù)據(jù)，獲得真實(shí)信號。同時(shí)，對信號進(jìn)行了頻域分析，研究了過渡段的動態(tài)響應(yīng)沿線路方向和路基深度方向的變化規(guī)律，并研究了軸重、行車速度、行車方向、鄰線行車等對過渡段動力特性的影響。提出了過渡段路基動力設(shè)計(jì)的控制條件和動力分析控制標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而對過渡段的設(shè)計(jì)提出了建議。
　　第7章過渡段結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及相鄰過渡段之間動力特性相互影響分析，根據(jù)國內(nèi)外車輛軌道路基動力學(xué)特性的評價(jià)指標(biāo)，利用第4章的過渡段軌道-路基動力模型，求得路-橋過渡段在列車荷載作用下軌道-路基的動力響應(yīng)；利用第5章模態(tài)疊加法建立的車輛-軌道-路基（地基）模型求得車輛-軌道的動力響應(yīng)。以武廣高速鐵路軌道路基設(shè)計(jì)參數(shù)為基礎(chǔ)，分析了過渡段長度、軌面彎折、差異沉降、過渡段剛度、過渡段形式等因素對過渡段動力指標(biāo)的影響，并提出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)參考值。
　　第8章結(jié)論與展望，借助于書中建立的過渡段動力有限元程序和模態(tài)疊加法編制的FORTRAN語言程序，對于不同間距的路-橋相鄰過渡段進(jìn)行動力分析，與實(shí)際工況的路-橋過渡段和現(xiàn)有評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比，獲得了最不利的過渡段間距范圍，然后考慮極限工況，獲得相鄰路-橋過渡段的最不利間距，并進(jìn)一步分析了一次過渡法和二次過渡法對密集過渡段進(jìn)行處理的區(qū)別，得到了在最不利間距以內(nèi)的相鄰過渡段必須用一次過渡法處理的重要結(jié)論。
　　本書的研究工作得到了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（50678177）、湖南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（2020JJ5488）、湖南省教育廳優(yōu)秀青年基金項(xiàng)目（208098）和湖南財(cái)政經(jīng)濟(jì)學(xué)院工程管理學(xué)院的資助，特此向支持和關(guān)心筆者研究的所有單位和個人表示衷心的感謝。筆者還要感謝教育我多年的師長，感謝領(lǐng)導(dǎo)和同事的幫助和支持。
　　本書以高速鐵路密集過渡段動力特性為研究對象，旨在為既有高速鐵路長期穩(wěn)定和安全運(yùn)營提供理論支撐，也為后續(xù)高速鐵路建設(shè)提供技術(shù)儲備。隨著高速列車速度的提高和高速鐵路運(yùn)行環(huán)境的變化，高速鐵路過渡段軌道路基動力特性也相應(yīng)發(fā)生變化，為此書撰寫增添了一定的難度，再加上受筆者水平所限，雖幾經(jīng)改稿，書中錯誤和缺點(diǎn)在所難免，歡迎廣大讀者不吝賜教。