为解决考虑结构随机的设计震致轨道几何不平顺等效问题，建立了高速铁路轨道-桥梁系统的数值仿真模型，基于短时傅里叶变换和假设检验原理构造了设计震致轨道几何不平顺，建立了设计震致轨道几何不平顺的等效拟合模型和等效幅值反应谱，提出了考虑结构随机的等效幅值反应谱修正方法，结合震后实测轨道几何不平顺对设计震致轨道几何不平顺等效方法的合理性展开了评价。分析结果表明：在不同墩高条件下，采用正弦函数和一次函数的组合作为等效拟合模型可将设计震致轨道几何不平顺的拟合误差控制在10%以内；在设防地震和罕遇地震作用下，当修正系数分别取为3.0和1.5时，等效拟合模型与修正系数相乘得到的修正拟合模型可以满足随机结构的适用性需求；地震前后实测轨道几何不平顺形状和幅值均无明显差异，对应的横向车体加速度幅值误差小于5%,当地震强度较小时列车可正常运行，无需大幅度减速；与震后实测轨道几何不平顺相比，设计震致轨道几何不平顺使横向车体加速度幅值提升了近50%,基于设计震致轨道几何不平顺计算得到的震后行车速度阈值具有合理安全余量；建立的高速铁路桥上设计震致轨道几何不平顺等效方法可为高速铁路震后行车速度阈值确定与基于震后行车性能的抗震设计提供快速准确的手算方法。