空心墩相比实心墩有节省材料、减轻结构自重及减小地震惯性力等优点,所以在桥梁结构中得到广泛应用。尤其是我国中西部多属山岭重丘区,其主要特征是地势高、地表高度落差大,公路、铁路修建难度大,线路桥梁比重高,众多交通干线穿越地震频发区,而大跨高墩桥梁是这些交通干线的常用桥型。为了确保这些桥梁的抗震安全性,需要深入研究适于空心墩的抗震设计理论和方法。目前针对空心桥墩的研究主要集中于矩形与圆形截面桥墩,对于铁路桥梁中面大量广的圆端形截面却鲜有研究成果。另外,试验研究是用于探讨桥墩抗震性能的重要方法之一,现有关于空心墩的研究以拟静力试验为主,而振动台试验相对较少。对桥墩非线性地震响应规律、破坏机理的深入了解和把握是桥梁性能设计的关键所在。因此,本文基于圆端空心墩的大比例尺拟静力试验与振动台试验,对其破坏机理、损伤特点,变形分量以及延性性能等展开了系统性的研究,主要内容及成果如下:(1)观察试验现象可见,墩底有实心段的圆端空心墩在宏观破坏过程上与既有空心墩试验结果基本一致,但损伤细节上有自身的特点。发生弯曲破坏的试件,同以往空心墩破坏过程类似,均经历了混凝土开裂、钢筋首次屈服、混凝土开始剥落、混凝土剥落区域扩展、核心混凝土压溃及纵筋屈曲等损伤阶段;但在破坏细节上,由于墩底实心段的影响,往复荷载作用下桥墩损伤最为严重的区域不再位于墩底,而是空心段与实心段衔接的倒角区域,通过观察动力试件裂缝的分布情况也可得出相同结论。静力与动力试验模型斜裂缝发展略有不同,大轴压比拟静力试验构件达到等效屈服状态后斜裂缝产生较多,而动力试验模型斜裂缝较少,这是由于振动台模型的较大剪跨比与动轴力的影响。(2)在对试件破坏过程定性分析的基础上,对圆端空心墩的损伤状态进行了分级定量研究,并通过该研究结果,对动力试件损伤状态进行了定量评估。结合Hose的桥梁性能水准划分标准,对试验中的圆端空心墩进行了性能水准划分,并基于位移比对其进行了5水准性能目标量化;量化结果与已有成果较吻合,且细化了I(功能良好)、II水准(微小损伤)下的指标范围。根据拟静力试验得出的性能目标量化结果,对振动台试件在各PGA下的损伤程度进行了评估,发现试件即使在罕遇地震、超烈度地震水平下也仅发生微小损伤,处于可能修复暂时使用阶段,抗震性能很好。该评估结果与动力试件实际损伤状况吻合很好,因此对于此类高墩,采用位移比量化评估弹性及弱非线性下的损伤状态是可取的。(3)结合试件的损伤特点,采用理论公式对发生弯曲破坏的圆端空心墩进行各变形分量占比研究。其中弯曲变形计算时,从破坏截面开始计算圆端空心墩的塑性变形,墩底实心段按弹性变形计算,最终得出以下结论:弯曲变形在屈服阶段几乎占墩顶总变形90%以上,极限状态下占69%~73%;滑移变形在屈服阶段占总变形的7.5%左右,极限状态下占22%~26%,且轴压比的增大能减小滑移变形,而对于延性均较好的试件,配箍率对滑移变形的影响不大;剪切变形在屈服阶段几乎没有产生,极限状态下SB-1的剪切变形最小,说明轴压比的减小有利于减小剪切变形,且所有试件剪切变形均在10%以下。因此,虽大轴压比的拟静力试件有明显斜裂缝产生,但其剪切变形在10%以下,可忽略不计。(4)基于变形分量计算结果,对静力及动力试件进行了数值模拟,并探讨了现有位移延性能力分析方法的适用性及优缺点。采用考虑弯曲变形与滑移变形的Open SEES纤维梁模型模拟拟静力试验,并计算试件位移延性能力,再与理论公式计算结果进行对比。分析结果表明:Pushover与公式法均适用于中低墩的位移延性能力计算,Pushover结果较公式计算结果精度更高,而公式法较简便,其中依据现行公路桥梁抗震设计规范计算的结果偏保守,Leman分离式公式的计算结果精度较高。振动台试验构件的自振特性以及动力响应分析结果均表明高阶振型的贡献不可忽略,此类桥墩需采用IDA方法进行延性能力分析。为了验证IDA方法对于圆端空心高墩位移延性能力计算的必要性,论文对比了IDA与静力Pushover、静力公式法的计算结果,发现静力法的计算结果均大于IDA计算结果,高估了圆端空心高墩的位移延性能力。因此,对于空心高墩位移延性能力的计算有必要采用IDA方法。