钢桥凭借其稳定的材料特性、较高的强重比、卓越的跨越能力和易于施工等特点,应于用铁路交通基础设施建设。随着钢材价格的下降及正交异性板钢桥面系、整体节点板等新型钢桥构造型式的出现,钢桥应用前景良好。对于结构分析而言,引发局部振动的工作荷载和环境因素通常作用于结构宏观尺度,而构件的损伤开裂又始于构件微观尺度。传统的车桥耦合振动分析多关注桥梁整体的动力响应,对桥梁局部较为复杂的结构形式(如正交异性钢桥面板)多采用简化处理,无法精确分析桥梁的局部响应。特别是在铁路钢桥中,构件连接交错、焊缝众多,长期"高速度、大轴重"列车荷载引起的局部振动易使上述关键部位疲劳损伤,发生开裂,最终导致其服役功能丧失。因此,进行跨尺度多向同步分析,以精确计算铁路钢桥关键构造细节的动力响应和疲劳损伤,对把握桥梁的健康状态、确保其服役安全性具有重要意义。针对上述研究背景,本文提出了多尺度时变边界逼近分析方法,构建了列车作用下铁路钢桥局部构造细节动力响应求解和疲劳性能评估的分析框架,并根据试验实测数据对该方法的有效性进行了验证。本文的主要工作和创新之处如下:(1)大跨度钢斜拉桥车桥分析简化模型及其工程应用以刚体动力学建立三维列车模型,以有限元方法建立桥梁模型并对桥面结构进行了刚度和质量等效,结合轮轨相关作用关系,利用全过程迭代法求解了车桥耦合系统运动方程。作为示例,以福平铁路平潭海峡公铁两用大桥为工程背景,计算分析了高速列车过桥时桥梁的动力响应,实现了车桥系统的全过程仿真。(2)铁路钢桥多尺度时变边界逼近分析方法提出了多尺度时变边界逼近分析方法。该方法基于结构动力学和有限元原理,可有效分析大跨度铁路钢桥复杂结构体系的局部动力效应。针对该方法,分别就空间梁单元、空间板单元分析模型进行了编程计算。以平潭大桥正交异性钢桥面板节段为例,采用该方法求解了结构体系的局部动力响应。(3)多尺度动态边界逼近分析方法试验验证及有效性研究进行了室内模型钢梁试验。试验中测量了模型梁在力锤激励下的动力响应;同时,采用多尺度时变边界逼近分析方法,对计算模型施加实测力锤时程,计算了相应位置的动力响应。计算结果与试验结果的对比表明,本文所提方法的计算量小,计算精度高。另外,对方法的有效性进行了探究。(4)京通线白河大桥试验验证及桥梁动应力计算利用京通铁路白河大桥动载试验中的应力应变测试数据进行了方法验证。通过典型杆件不同单元类型之间的转化以及边界位移对应关系,计算了杆件断面内局部关键位置的动应力时程,并与实测数据进行了对比,提出兼容多种单元类型的局部动应力计算方法。(5)正交异性钢桥面板的受力特性和疲劳性能评估总结了铁路钢桥正交异性钢桥面板的设计参数和受力特性。以平潭大桥正交异性钢桥面板体系为例,预测了列车疲劳荷载模型及运营情况,结合本文所提方法,在考虑车桥动力相互作用的基础上,计算了模型构造细节的疲劳动应力。采用我国规范中的S-N名义应力法,结合等效应力幅表示的疲劳累积损伤进行了疲劳损伤分析,预测了结构关键部位的疲劳使用寿命。