随着我国钢产量的增长,钢结构桥梁在交通工程中的数量将大幅增加,但对于钢桥弹塑性抗震设计理论研究却相对滞后,完善符合我国国情的结构抗震性能验算方法已刻不容缓。为此,本文通过数值模拟和拟静力试验研究了结构在水平双向地震作用下的抗震性能,提出了混合单元模型与简化分析模型两类能够考虑钢板局部失稳效应的钢桥地震反应计算模型。本文的主要工作和研究成果如下:1、以独柱式矩形截面和圆形截面钢桥墩为对象,采用板壳有限元模型和高精度的钢材修正双曲面滞回本构模型分析了结构在水平单向和双向反复荷载下的破坏过程,讨论了结构在多种加载路径下的承载力、延性与局部变形特性。结果表明,钢桥墩在水平双向反复荷载下更易发生局部失稳破坏。2、根据钢板面外变形特征定义结构地震损伤区域长度Ld,通过参数分析建立矩形截面和圆形截面钢桥墩在水平双向反复加载时地震损伤区域长度Ld的经验公式。结果表明,提出的经验公式可以偏于保守地反映可能发生局部变形的区域长度,以此建立的混合单元计算模型可以在保证计算精度的条件下减小计算量。3、以一座中承式钢拱桥为对象,建立纤维单元计算模型和混合单元计算模型分析在面内强地震作用下的结构地震反应,比较了不同主拱肋钢板厚度条件下结构的局部失稳特性和超低周疲劳损伤特性,并探讨了这类结构在不同条件下合理的地震反应计算模型。在此基础上,进一步对比仅在面内地震动输入与三方向地震输入条件下的钢板局部变形和焊接节点超低周疲劳损伤发展情况。结果表明,增加横桥向地震输入会加快钢拱桥的地震损伤发展。4、以独柱式方形截面钢桥墩为对象,根据混合单元有限元模型的计算结果定义了结构的地震有效损伤域长度Led,以钢材的修正双曲面滞回模型为基础建立了Led内纤维单元的等效滞回模型。最终提出一种能够考虑钢板局部失稳效应的钢桥墩改进纤维模型计算方法,并通过对比分析验证了改进纤维模型具有较高的计算精度和计算效率。5、加工制作了 2个方形薄壁加劲截面钢桥墩试件,通过施加沿截面斜向的拟静力荷载模拟水平双向地震荷载,对结构的抗震性能与破坏机理进行了研究,并通过滞回曲线的比较进一步验证本文提出的改进纤维模型计算方法的有效性。6、以圆形截面钢桥墩为对象,建立了一种可用于水平双向地震反应分析且能考虑钢板局部失稳效应的多剪切弹簧计算模型,并通过与板壳模型的计算结果与计算效率对比验证了所提出模型的有效性。