目前,32m和40m标准跨桥梁结构已大规模应用于高速铁路建设中,并经过住宅聚集的城区,进而引发大量环境振动问题。本文提出一种准确有效的环境振动预测计算方法,对于环境振动的评估、前期规划选线等情况都有十分重要的工程实际意义。本文主要基于虚拟激励法、无限-周期结构理论、薄层法-完全匹配层-容积法(TLM-PML-VM)分别建立了车桥垂向随机振动模型、周期性桥梁结构有限元频域模型和桥梁基础-场地土耦合模型,研究了高速列车作用下桥梁结构周围场地土的动力响应特性及场地振动反应谱,对实际工程中环评工作提供参考。本文研究内容主要为:(1)车辆-桥梁时变系统的垂向随机动力分析基于结构动力学和有限元理论推导了10个自由度的车辆-桥梁垂向运动方程。根据轨道不平顺等效为一系列的简谐荷载的虚拟激励法基本原理,构造出车桥时变系统的虚拟激励输入形式。利用分离迭代法对车桥时变系统运动方程进行求解,并编制车桥耦合系统的垂向随机动力分析程序。最后,基于三倍标准差原理分析车辆-桥梁时变系统的随机垂向振动特性。(2)周期性桥梁结构频域有限元模型分析介绍无限周期结构理论和周期性桥梁结构力学模型。基于无限周期结构理论和频域有限元方法推导桥梁结构频域有限元动力方程和频域有限元特征方程,并提出列车荷载作用下基本跨荷载频谱的计算方法。最后,通过编制的周期性桥梁结构动力分析程序,研究弹簧刚度和阻尼对周期性桥梁结构衰减特性的影响,分析周期性桥梁结构的频散特性以及高速列车荷载作用下其动力响应的频谱和时程特性。(3)桥梁基础-场地土动力相互作用分析基于薄层法-完全匹配层(TLM-PML)建立场地土模型并对动荷载作用下场地土的动力响应进行了推导和求解,进而引入容积法(VM)建立基础-场地土动力相互作用模型,并推导了基础动力阻抗函数和桥梁基础-场地土振动频响函数。最后,编制基础-场地土的动力分析程序,分别对模型维度和多墩激励下场地土的振动特性进行对比分析。(4)桥梁-场地系统振动的现场试验分析介绍地面振动的评价指标与我国对环境振动的控制标准,以大西客专为工程背景介绍桥梁结构类型、现场试验测点的布置以及测试工况,通过消除趋势项、平滑处理和本底振动去除对试验原始数据进行预处理,分别在时域、频域以及1/3倍频程谱内分析特定车速下各测点处的振动特性;最后,利用总体振动加速度级VAL和总体计权振级VL分析不同车速下地面三向振动特性及衰减传播规律,为数值预测方法的有效性验证提供依据。(5)场地土的动力响应及振动反应谱分析介绍环境振动容许限值的选取。以某高铁线为工程背景,采用三个子结构进行模拟,即车辆-桥梁相互作用子系统模型、周期性桥梁结构子系统模型和基础-场地土相互作用子系统模型。求解出场地土的动力响应,在时域、频域以及三分之一倍频程谱内分析场地土振动响应及传播规律,并从定性角度验证预测方法的有效性。然后,用多种行车速度激励下不同场地土的动力响应得到场地振动反应谱,并分析不同因素对于场地振动反应谱特性的影响。最后,根据选定的环境振动限值分析场地振动反应谱,得出高速列车环境振动阈值关系。