在大震作用下，结构系统通常会进入塑性状态，而设备系统通常处在弹性工作状态，这样就形成了非线性结构—设备耦合体系，它是结构—设备耦合体系在地震作用下受力状态的一个特殊阶段，分析其地震响应具有重要的理论意义和工程应用价值。本文根据结构—设备耦合体系的振动台试验，分析了非线性结构—设备耦合体系的地震响应，探讨了非线性结构—设备耦合体系地震响应规律。单自由度混凝土框架结构—单自由度设备在地震激励作用下呈剪切变形；随着地震作用的增强，结构刚度逐步降低导致平台顶和设备顶峰值响应的增加及体系周期、阻尼比的增加。建立了结构—设备耦合体系的力学模型和非线性结构—设备耦合体系在地震作用下的微分方程，对耦合体系的地震响应进行理论推导，编制了非线性结构—设备耦合体系地震响应程序SRNPSS，应用该程序计算了结构—设备耦合体系振动台试验中地震波峰值加速度为600gal和800gal工况下的位移时程，结果表明理论值与试验值基本吻合，地震时程位移峰值误差在11%以内，验证了程序的有效性。最后，采用ABAQUS建立结构—设备耦合体系空间有限元模型，对非线性结构—设备耦合体系的地震响应进行了数值模拟，模拟与实测结果对比表明，基于结构材料层次的非线性研究非线性结构—设备耦合体系地震响应的方法是可行的。本文试验研究验证了非线性结构—设备耦合体系的简化模型，基于结构层次的非线性，程序SRNPSS能够准确计算非线性结构—设备耦合体系地震响应，拥有通用有限元程序无法模拟刚度退化两折线和三折线恢复力模型的功能；考虑材料的非线性，有限元软件ABAQUS模拟非线性结构—设备耦合体系可行性得到了试验的验证。本文为结构—设备耦合体系质量比、刚度比等参数的研究提供了理论基础，同时也为结构—设备耦合体系的抗震设计提供了参考。