在车辆高速行驶的情况下,桥面/轨道不平顺等随机因素对车桥耦合系统的振动会产生不容忽视的影响。同时,随着桥梁在交通线路中的广泛应用,地震发生时车辆恰好在桥梁上行驶的可能性大幅增加,给车辆的安全性造成巨大威胁。桥面/轨道不平顺和地震等激励在本质上存在随机性,在其作用下的车桥耦合系统动力响应是典型的非平稳随机过程。车桥耦合随机振动问题是当前土木工程领域的一个研究热点,但目前仍然缺乏高效的随机振动分析方法。本文基于近年发展起来的一类随机振动分析方法——时域显式法,致力于开展高效准确的车桥耦合系统随机振动方法研究,并将其应用于大型复杂的车桥耦合系统工程中,以验证其高效性和准确性。本文主要完成以下工作:(1)对车桥耦合随机振动分析方法进行文献综述。介绍已有各类车桥耦合系统模型以及确定性振动分析方法;对典型轨道不平顺模型进行阐述,进一步探讨现有的车桥耦合随机振动分析方法,指出其优缺点;介绍地震作用下车桥耦合系统随机振动分析的研究现状。(2)系统开展桥面不平顺作用下车桥耦合随机振动分析方法研究。针对桥面不平顺作用下的车桥耦合模型,首先建立表征物理演变机制的车辆系统和桥梁系统的动力响应显式表达式;然后利用车桥之间的运动相容条件,建立车桥之间接触力关于桥面不平顺的显式表达式,从而进一步获得车桥关键响应关于桥面不平顺的时域显式表达式;在此基础上,运用统计矩运算法则或随机模拟方法获取系统的随机响应,提出桥面不平顺作用下车桥耦合系统随机振动分析的时域显式直接法和时域显式随机模拟法。(3)系统开展桥面不平顺和地震共同作用下车桥耦合随机振动分析方法研究。针对桥面不平顺作用和地震共同作用下的车桥耦合模型,首先建立表征物理演变机制的车辆系统和桥梁系统的动力响应显式表达式;然后利用车桥之间的运动相容条件,建立车桥之间接触力关于桥面不平顺和地震激励的显式表达式,从而进一步获得车桥关键响应关于桥面不平顺和地震激励的时域显式表达式;在此基础上,运用统计矩运算法则或随机模拟方法获取系统的随机特性,提出桥面不平顺和地震共同作用下车桥耦合系统随机振动分析的时域显式直接法和时域显式随机模拟法。(4)采用所提出的方法,对具有6602个自由度的鹅公岩大型悬索桥进行车桥耦合随机振动分析,在计算分析中考虑了轨道不平顺作用,同时考虑了无地震作用和有地震作用下两种工况,并将分析结果与传统的随机模拟方法进行对比,证明本文方法的准确性和高效性,并进一步检验了所提方法在大型复杂车桥耦合随机振动问题的实际应用能力。本文方法由于实现了车桥耦合系统物理演变机制和概率演化规律的相对分离,在响应统计矩计算中,无需反复求解车桥耦合系统的运动微分方程,且可以仅针对车桥接触力及其它所关注的关键响应开展降维计算,大幅提高了车桥耦合系统随机振动的计算效率。数值算例和工程应用的结果表明,本文所提方法具有理想的计算精度和计算效率,完全适用于大型复杂车桥耦合系统随机振动分析,具有良好的应用前景。