在地震荷载作用下,独柱式钢桥墩的破坏方式主要有失稳破坏和超低周疲劳破坏。目前,许多研究学者对钢桥墩的失稳破坏进行了大量研究,并建立了考虑构件屈曲行为的极限强度评价公式。但是,钢桥墩的超低周疲劳破坏原理尚不明确,超低周疲劳破坏的预测公式仍未确定,关于失稳破坏和超低周疲劳破坏的界限有待进一步研究。为此,本文结合国家自然科学基金项目(基金编号:51708485)中的强震作用下钢桥的超低周疲劳损伤研究,以圆形截面和矩形截面钢桥墩为研究对象,对钢桥墩在反复荷载下的滞回性能进行了参数分析,研究了结构参数对超低周疲劳损伤演化的影响。在此基础上,提出了对应不同水平承载力状态时,预测钢桥墩超低周疲劳损伤程度的损伤指标公式,并对其有效性进行了验证,最后对钢桥墩和钢桥两种破坏方式的界限进行了判别和分析。为了研究长细比、轴压比、横隔板间距比、宽厚比以及径厚比等设计参数在三种稳定临界状态下(桥墩墩顶达到水平极限承载力、承载力下降至水平极限承载力95%时和水平极限承载力下降90%时)对钢桥墩损伤指标的影响,分别对22组圆形截面和24组矩形截面钢桥墩进行了有限元模拟分析,利用ABAQUS中UVARM子程序,采用Fortran语言自定义输出构件危险区域在反复荷载作用下的超低周疲劳损伤变量。首先,对钢桥墩墩底母材部分、焊缝区和热影响区进行了超低周疲劳破坏分析,结果表明,相同的稳定临界状态下焊缝区和热影响区比母材部位更容易发生超低周疲劳破坏。然后,通过改变桥墩的轴压比、长细比、宽厚比、径厚比及横隔板间距比等结构参数,对比分析了反复荷载作用下结构参数对钢桥墩超低周疲劳损伤指标的影响。在圆形截面钢桥墩中,轴压比和径厚比对钢桥墩超低周疲劳破坏的影响较大,其损伤指标随着轴压比和径厚比的增加而逐渐减小,而横隔板间距比和长细比对破坏界限的影响较小;在矩形截面钢桥墩中,轴压比、长细比、横隔板间距比和宽厚比对矩形截面钢桥墩影响较大,在相同临界状态下,损伤指标分别随各参数的增大而减小。最后,通过数值分析,在设计参数取值范围内提出了适用于三种稳定临界状态下的结构参数损伤指标经验公式,用于判别两类破坏方式(即失稳破坏和超低周疲劳破坏)的界限,为钢桥墩的抗震设计提供参考。为了验证基于结构设计参数损伤指标经验公式的适用性,对3组薄壁矩形截面钢桥墩试件的超低周疲劳行为进行了非线性数值分析,并预测了开裂位置和时刻,与试验结果进行了对比。结果表明,损伤指标预测的开裂位置与试验结果一致,均位于热影响区。通过比较矩形截面钢桥墩试件发生破坏时刻的预测值和试验值,发现预测值和试验值在破坏时相差不超过2个加载周期,其误差为8.1%～14.2%。因此,损伤指标预测模型和基于结构设计参数的经验公式对于预测实际矩形截面钢桥墩超低周疲劳断裂位置和破坏界限具有良好的可信度。最后,选取了结构振动方式复杂的钢拱桥作为研究对象,对结构进行了弹塑性地震反应分析,结合拱桥整体的位移时程曲线来分析不同破坏方式之间的界限关系。选取了易发生超低周疲劳开裂的拱肋与立柱结合部位进行超低周疲劳开裂特性分析。结果表明,热影响区的超低疲劳损伤指标大于焊缝区和母材部位,超低周疲劳开裂率先在热影响区发生,其次是焊缝区,而母材部位基本不会开裂。此外,无铰拱桥与两铰拱桥的边界条件对超低周疲劳损伤指标和超低周损伤开裂部位影响较小,通过比较桥梁结构位移时程与超低周疲劳损伤指标的发展历程,发现在地震作用下结构往往先发生超低周疲劳开裂破坏。