近些年来,我国高速铁路建设发展迅速,桥梁结构因其良好的结构特性在铁路线路中得到了越来越多的应用,同时,其在高烈度地震区的抗震性能也得到了广泛的关注。目前,减隔震技术已经在铁路桥梁中得到了诸多应用,而众多工程实例也表明减隔震技术对于桥梁结构的保护能力。现阶段的减隔震技术更关注于铁路桥梁地震荷载响应的减轻,对于地震位移响应对于桥梁的危害研究并不充分,同时各国规范对于地震位移响应以及限位设计的说明也存在一定的不足;在实际地震中,由过大地震位移响应所导致的桥梁破坏却屡见不鲜。本文针对于传统限位装置存在的局限性,建议采用一种新型的弹塑性限位钢榫装置,并进行了相关内容的研究。首先,针对于限位钢榫的滞回性能和限位性能进行了理论、试验和数值模拟三方面的分析,而后对限位钢榫设计方法和限位效果的影响因素进行了理论和数值模拟研究。利用限位钢榫良好的限位性能和耗能性能,将其与滑动支座组合成为新型组合支座应用于桥梁减隔震设计,利用振动台试验验证了组合支座的减隔震性能,并根据能量概念提出了减隔震桥梁能量设计方法,对现有设计方法进行了补充。本文主要研究工作及结论如下:(1)弹塑性限位钢榫力学性能分析及拟静力试验介绍了弹塑性限位钢榫的工作机理和安装方式,并根据其工作机理和等效刚度法推导了限位钢榫力学参数的理论计算公式;基于弹塑性力学分析了限位钢榫塑性状态时的截面弯矩。对限位钢榫进行了两组共4个试件的拟静力试验,分析了限位钢榫的滞回性能、骨架曲线、耗能性能、等效刚度以及滞回稳定性等相关参数。同时,在试验过程中采用不同的限位钢榫安装方式,对限位钢榫安装构件进行优化选型。利用ANSYS有限元软件模拟限位钢榫在滞回试验的力学性能,并与试验结果和理论计算结果进行对比,验证了数值模型和理论公式的准确性。(2)限位钢榫弹塑性设计方法及限位效果分析依据铁路简支梁桥结构特点,建立了两跨桥梁结构的双自由度模型;利用随机振动理论推导了在考虑行波效应下墩梁相对位移的计算公式,并采用等效线性化方法给出了考虑限位钢榫弹塑性行为、地震空间效应和桥墩弹塑性状态的桥梁限位设计方法。为验证设计方法的准确性,对一座五跨简支梁桥进行数值模拟计算,同时利用数值模型对比了限位钢榫和拉索限位装置的限位效果。结果表明,对于多跨铁路简支梁桥而言,限位钢榫的弹塑性设计方法能够较为准确地进行桥梁限位设计,并且限位钢榫的限位效果要略优于拉索限位装置。(3)弹塑性钢榫限位效果影响因素分析根据实际情况,通过数值模型分别考察了桥梁墩高、力学参数和梁上轨道对于拉索限位装置和限位钢榫限位效果的影响。结果表明,对于多跨简支梁桥而言,随着墩高的增加,桥梁结构的相对位移地震响应逐渐增大,限位钢榫的限位效果优于拉索限位装置,且两者均呈现先增大后减小的趋势。初始刚度和屈服位移的增加均会提高限位钢榫限位效果,表明在进行限位钢榫设计时,可以综合考虑初始刚度与屈服位移的影响,以满足不同桥梁结构的限位要求。在考虑了梁上钢轨之后发现,轨道的约束作用会增大桥梁结构的相对位移响应和碰撞破坏,因此,在设计中需进一步提高设计标准,以保证桥梁结构的安全性。(4)基于滑动支座与限位钢榫的组合支座减隔震性能试验研究基于限位钢榫良好的限位性能和耗能性能以及滑动支座的滑移隔震效应,将限位钢榫与滑动支座组合成为新型组合支座,应用于铁路桥梁结构的减隔震设计。首先通过拟静力试验对比了串联式组合支座和并联式组合支座的耗能性能和滞回性能,试验结果表明串联式组合支座具有更好的耗能性能和滞回稳定性。通过对一座1:7缩尺的桥梁模型进行振动台试验,进一步研究了串联式组合支座的减震性能;结果表明,串联式组合支座具有良好的减震性能,既能够有效地减小桥墩的墩顶剪力和位移,还能使墩梁相对位移保持在合理的范围内。通过数值模型模拟振动台试验,对比数值结果和试验结果发现,数值模型能够准确地模拟试验结果,验证了数值模型的准确性。(5)简支梁桥中滑动支座与限位钢榫组合支座弹塑性设计方法分析利用振动台试验结果和数值模拟结果分析了加速度反应谱和位移反应谱减隔震设计方法的准确性和适用性。结果表明,在低矮桥墩情况下,位移反应谱设计方法能够准确地计算墩梁相对位移和桥墩位移;但是加速度反应谱设计方法由于其单自由度假定,仅能够准确计算墩梁相对位移。而当桥墩较高时,加速度反应谱和位移反应谱设计方法均不能准确地计算桥墩位移。针对于传统设计方法的局限性,利用能量概念推导了减隔震桥梁能量反应谱设计方法,通过与振动台试验和数值模拟结果的对比发现,能量设计方法能够准确地计算各类墩高情况下的桥梁地震响应。同时,结合实际设计情况,给出了以墩梁相对位移为限定值的组合支座能量设计方法,并通过数值模拟进行验证。