近年来,我国中、西部地区公路、铁路桥梁建设规模持续增加,桥梁高度、跨度等也不断提高,其中大跨度连续刚构桥体系使用较多。然而,强地震灾害时有发生,给山区桥梁结构抗震提出了新的要求。目前,大跨度连续刚构桥普遍采用延性抗震设计方法,即利用桥墩底部发生塑性变形,形成塑性铰耗散能量,并延长结构周期,以实现减轻地震灾害的目的。但采用此方式进行桥梁设计,震后桥梁容易损伤且修复困难,不符合现代结构低损伤、可更换、快修复的发展趋势。为实现桥梁震后的可恢复性,本文借鉴建筑结构中双肢剪力墙可更换连梁的设计理念提出了一种适用于大跨度刚构桥的可更换耗能系梁,在原混凝土系梁中间引入剪切软钢板耗能装置作为保险丝构件。所提出的可更换耗能系梁,能够在发挥原有系梁有利作用(提高墩身稳定性、减小墩顶位移)的同时,避免其对桥梁动力响应产生的不利影响(加大墩底剪力,形成塑性铰),从而提高桥梁整体抗震性能。本文主要的研究内容与成果如下:(1)为实现较好的耗能能力和工作性能,设计了一种新型防屈曲剪切钢板耗能装置作为可更换系梁的耗能梁段,建立有限元模型分析其滞回耗能特性并与试验对比验证有限元模型的正确性。通过对可更换耗能系梁的刚度、承载力、变形等要求进行分析,提出设计流程以实现可更换耗能系梁与桥梁主体结构的协调工作。(2)建立大跨度连续刚构桥弹塑性有限元模型,研究系梁设置对桥梁动力响应的影响。对地震烈度、墩高、系梁数量进行参数分析,研究所提出耗能系梁的减震效果及适用性。针对安装剪切钢板耗能装置的系梁可能存在较大残余位移,设计了一种自复位系梁,分析并验证其对残余位移控制的有效性。(3)采用80条地震动对具有不同周期、不同屈服后刚度的单自由度体系进行时程分析,研究了不同屈服后刚度对强度折减系数的影响规律,并提出屈服后刚度对强度折减系数影响的计算公式,较理想弹塑性计算所得的强度折减系数更适于保险丝结构。基于Pushover方法,为实现耗能系梁对全桥的动力响应控制和可恢复性(E1作用下全桥弹性,E2作用下可仅可更换耗能系梁进入塑性耗能,而桥梁主体结构保持弹性),提出了两种设置保险丝构件的桥梁结构分灾设防方法,为配置保险丝构件的桥梁结构设计提供理论支撑。最后,采用时程分析法验证了所提出方法的正确性。