道岔在铁路线路中占据着重要的地位,由于道岔区存在结构不平顺,轨道状态相比普通直线线路较差。轨道不平顺和钢轨磨耗是道岔区钢轨的两种主要伤损表现形式,二者互有影响,但研究方法却有所不同。轨道不平顺体现了钢轨沿着线路延伸方向的几何偏差,不平顺波长一般从几米到上百米,常采用车轨耦合的宏观方法分析其影响规律;而钢轨磨耗体现了钢轨垂直于线路延伸方向的廓面磨损情况,磨耗范围和磨耗深度按毫米计,一般基于轮轨局部接触分析其磨耗演变规律。本文旨在建立可以反映道岔区轨道不平顺及钢轨磨耗的多尺度模型,研究道岔区钢轨的长期动力学行为。本文主要研究内容及结论如下:（1）为分析道岔区轨道不平顺和钢轨磨耗病害的影响,本文建立了同时反映宏、细观病害的多尺度分析模型。首先,基于车辆-轨道耦合动力学,建立了车辆-道岔耦合宏观动力学模型,其中车辆与道岔通过轮轨接触关系进行连接。其次,基于有限元理论,建立了道岔区钢轨细观仿真模型,针对道岔区钢轨的关键截面分别进行建模。最后,基于轮轨非Hertz接触理论,通过Python自编程序将宏观模型和细观模型进行多尺度连接,建立了道岔区多尺度模型。（2）基于道岔区钢轨多尺度模型,分别分析了轨道不平顺和钢轨磨耗病害对系统的力学行为的影响规律。不同阶段的轨道不平顺为实测道岔区不平顺,不同程度钢轨磨耗依据Archard磨耗理论计算获得。分析表明:轨道不平顺会对行车平稳性有较大影响,而钢轨磨耗与行车安全性和轨道振动密切相关。轨道不平顺、钢轨磨耗的演变共同造成了车辆-道岔耦合系统及轮轨接触关系的恶化。（3）基于道岔多尺度模型,分析了影响道岔长期力学行为的主要因素。分析表明:随着轴重增加,轮轨垂向力峰值增大,轮轨横向力变化趋势不明显,脱轨系数基本保持不变,轮重减载率峰值逐渐减小。随着摩擦系数增加,轮轨垂向力峰值变化趋势不明显,轮轨横向力逐渐减小,脱轨系数与轮重减载率峰值基本保持不变。车轮廓形为LMA条件下脱轨系数与轮重减载率峰值最小,而车轮廓形为S1002条件下钢轨应力峰值较低。本文结合车辆、轨道等相关指标的控制要求,对钢轨服役周期内轨道结构的长期力学行为考察评估,提出了轨道不平顺、钢轨磨耗的协同管理和控制建议,为高速铁路道岔区钢轨的优化设计、科学维修等提供参考。图105幅,表23个,参考文献86篇。