高速铁路车-轨-桥耦合系统是大型系统。通常情况下,精细化车桥模型自由度维数很大。轮轨的高频接触一般要求较小的计算时间步长。求解时有限元模型可能占用很多内存且计算比较耗时。发展一种能够保证较高计算精度且大幅度减少计算耗时的方法是非常必要的。基于轮轨竖向非线性接触关系,提出一种新型通用的二维轮轨耦合单元模型,并在有限元OpenSees软件平台上实现。所提单元由轮节点和所有可能与之接触的梁单元节点组成,通过建立和求解关于轮轨作用力的一元三次方程,得到轮轨之间的接触力,计算由于轮轨相互作用产生的耦合单元各节点力,定义为单元内力。将新型二维轮轨耦合单元模型与常见的列车、轨道和桥梁等模型联合使用,利用OpenSees丰富的材料库和单元库,建立简化的竖向车-轨-桥耦合系统模型,该模型求解时一般采用Newton-Raphson(NR)方法。与已有文献计算结果对比,验证了该单元模型的可靠性。该单元能够模拟轮轨间非线性接触,可考虑车辆跳轨、轨道不平顺激励和地震作用影响。基于数值子结构方法(NSM),提出—种适用于竖向车-轨-桥耦合系统的高效计算方法。通过不同尺度单元网格划分模型,将车-轨-桥耦合系统模型分离为主结构和子结构。主结构单元尺寸较大,用以模拟桥梁。精细化子结构的单元尺寸较小,能够较为精确地模拟车-轨-桥耦合相互作用。通过Client-Server(C\S)技术实现主子结构的迭代计算,建立竖向车-轨-桥耦合系统的数值子结构模型。与常规模型计算结果对比,验证了 NSM方法应用于车-轨-桥耦合系统动力计算的准确性和高效性。为了降低NSM方法的建模难度,避免车辆运行时持续修改子结构模型的节点和单元。引入—种“环形”子结构模型。将子结构轨道和桥梁首尾节点连接,使用新型二维轮轨耦合单元建立精细化的“环形”子结构。通过主结构大尺寸单元节点响应形函数插值得到子结构边界响应。使得NSM方法能够用于模拟车辆持续运动的工况。通过选用不同长度的隔离区,研究了隔离区长度对NSM模型计算精度和效率的影响。评估了轨道不平顺激励、地震作用或轨道平顺且无地震作用时竖向车-轨-桥耦合系统数值子结构模型计算精度和计算效率。研究表明,NSM方法能够大幅度地减少车桥模型自由度,从而提高计算效率。这是—种能够兼顾计算精度与计算效率的高速铁路车-轨-桥竖向耦合系统模拟方法,具有潜在的工程应用前景。