高速鐵路是國家重要基礎設施和交通運輸大動脈，對推動我國社會經(jīng)濟發(fā)展，實現(xiàn)\"兩個一百年\"奮斗目標，實現(xiàn)中華民族偉大復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、運輸密度最高、成網(wǎng)運營場景最復雜的國家。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)定運營成了現(xiàn)階段關注度極高的問題。
　　過渡段作為連接土質路基與剛性構筑物（橋梁、隧道和涵洞等）的結構，是高速鐵路最薄弱的環(huán)節(jié)之一，更是列車長期運營過程中路基沉降和軌道平順性控制的重中之重。過渡段的合理設計成為保證線路安全和旅客舒適性的關鍵，而列車作用下過渡段的動力特性則成為驗證過渡段設計是否合理的重要指標�？紤]到我國高速鐵路建設中，橋梁、隧道和涵洞等構筑物出現(xiàn)的比例較高，密集過渡段間的相互影響也成為當今高速鐵路研究的一個重點。
　　本書以武廣高速鐵路過渡段為研究對象，以國家自然科學基金項目和湖南省自然科學基金項目等為依托，通過室內外試驗獲取了過渡段材料參數(shù)和剛度比，利用現(xiàn)場大型行車試驗分析過渡段動力特性規(guī)律，并由實測軌道振動加速度數(shù)據(jù)數(shù)定（本書指以數(shù)學方法將加速度信號轉化為應力結果）得到了軌道應力時程曲線，結合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結果分析及技術應用的介紹。
　　第1章緒論，搜集了國內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-路基動力響應的研究歷史與現(xiàn)狀進行回顧和總結，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)獲取試驗研究，通過現(xiàn)場波速試驗（跨孔法、下孔法及面波法）、大型激振試驗及室內大型粗顆粒土的物理力學試驗，得到了路-橋過渡段基床表層和底層填料的動力參數(shù)和物理力學參數(shù)，并通過綜合剛度法計算得到路-橋過渡段的剛度比。通過對比不同試驗方法的試驗結果，提出了較為合理的參數(shù)獲取試驗方案。
　　第3章列車動荷載模擬，從分析列車振動荷載產(chǎn)生的機理出發(fā)，通過現(xiàn)場實測軌道振動加速度，對軌道振動加速度進行數(shù)定，獲取軌道動應力時程曲線，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，充分利用實測鋼軌加速度，結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)點處振型向量，利用模態(tài)綜合疊加法推導了系統(tǒng)矩陣，并建立了系統(tǒng)運動方程，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導致軌道剛度矩陣和質量矩陣非常大而計算難以進行的問題。并用FORTRAN語言編制了相應的計算程序，運用所編制的程序與實測數(shù)據(jù)進行對比分析，結果表明該種方法切實可行，具有很強的通用性，且便于分析結構細部的動力響應。
　　第6章過渡段動力響應信號測試及分析，在武廣高速鐵路綜合試驗段進行了兩種車型120趟高速行車條件下的動力學測試，首次獲得了最高速度達354.7 km/h的路-橋過渡段動力響應試驗數(shù)據(jù)。引入小波分析理論，根據(jù)牛頓柯特斯積分法、五點三次平滑法，結合Matlab軟件編程，獲取了更真實的動態(tài)時程響應曲線。為了獲取動響應幅值，進一步對時程曲線進行隨機數(shù)據(jù)信號的均方值、均值和方差的統(tǒng)計分析，并通過K檢驗法進行正態(tài)分布的假設檢驗；進一步驗證數(shù)據(jù)的真實性，從而剔除部分不真實數(shù)據(jù)，獲得真實信號。同時，對信號進行了頻域分析，研究了過渡段的動態(tài)響應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計的控制條件和動力分析控制標準，進而對過渡段的設計提出了建議。
　　第7章過渡段結構設計及相鄰過渡段之間動力特性相互影響分析，根據(jù)國內外車輛軌道路基動力學特性的評價指標，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；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。以武廣高速鐵路軌道路基設計參數(shù)為基礎，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的影響，并提出了相應的設計參考值。
　　第8章結論與展望，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-橋相鄰過渡段進行動力分析，與實際工況的路-橋過渡段和現(xiàn)有評價標準進行對比，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，并進一步分析了一次過渡法和二次過渡法對密集過渡段進行處理的區(qū)別，得到了在最不利間距以內的相鄰過渡段必須用一次過渡法處理的重要結論。
　　本書的研究工作得到了國家自然科學基金項目（50678177）、湖南省自然科學基金項目（2020JJ5488）、湖南省教育廳優(yōu)秀青年基金項目（208098）和湖南財政經(jīng)濟學院工程管理學院的資助，特此向支持和關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，感謝領導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)定和安全運營提供理論支撐，也為后續(xù)高速鐵路建設提供技術儲備。隨著高速列車速度的提高和高速鐵路運行環(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，書中錯誤和缺點在所難免，歡迎廣大讀者不吝賜教。