铁路重力式桥墩由于截面尺寸大、刚度大、配筋率低,其力学性能不同于钢筋混凝土桥墩。《铁路工程抗震设计规范》中仅给出了配筋率大于0.5%桥墩的抗震设计方法,对配筋率低于0.5%桥墩的抗震设计方法未作出明确规定。因此,本文在国内外已有研究的基础上,总结了铁路重力式桥墩抗震研究中存在的问题,采用试验研究、数值模拟和理论分析相结合的方法,系统地研究了铁路重力式桥墩的地震反应特点,提出了铁路重力式桥墩的数值分析模型、抗震设计方法及改善桥墩抗震性能的方法。主要研究工作如下:(1)以铁路重力式桥墩为研究对象,采用拟静力试验研究了不同配筋率和轴压比下铁路重力式桥墩在循环荷载作用下的破坏特征及滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、位移延性等性能参数。结果表明配筋率低于0.5%的桥墩破坏特征明显区别于钢筋混凝土桥墩,且低配筋率的铁路重力式桥墩在墩底未形成明显的塑性铰区,现有的等效塑性铰长度计算公式不能用于铁路重力式桥墩。通过试验结果的统计分析,提出了铁路重力式桥墩的塑性区长度的计算公式。(2)以铁路重力式桥墩为研究对象,采用振动台试验研究了不同配筋率下铁路重力式桥墩在地震作用下的破坏特征,以及墩顶绝对加速度和墩顶相对位移等动力响应。结果表明配筋率越低的铁路重力式桥墩,在地震作用下摇摆现象越明显。(3)依据拟静力试验桥墩的破坏特征和振动台试验桥墩的摇摆现象,在自由摇摆桥墩分析模型的基础上,考虑纵向钢筋的约束作用,提出了四弹簧模型。并将四弹簧模型的分析结果与试验结果和纤维单元模型计算结果进行了对比,验证了四弹簧模型可用于铁路重力式桥墩的抗震计算。(4)基于容许应力法,提出了多遇地震下铁路重力式桥墩简化的偏心验算方法。考虑配筋率的影响,提出了铁路重力式桥墩容许合力偏心距计算公式。(5)提出了铁路重力式桥墩的延性验算方法,给出了罕遇地震下铁路重力式桥墩按有限延性设计的容许位移延性系数限值。(6)为提高低配筋的铁路重力式桥墩的抗震性能,提出了在墩底加密纵向钢筋的设计方法,并给出了加密钢筋高度的计算公式。通过拟静力试验验证了墩底加密纵向钢筋提高桥墩抗震性能的可行性。(7)为改善铁路重力式桥墩延性不足的问题,提出了在墩底增设无粘结钢筋的设计方法。通过数值分析验证了墩底增设无粘结钢筋设计方法的可行性。在确保水平承载能力不降低的情况下,可有效改善铁路重力式桥墩的延性性能。