我国铁路桥梁广泛采用截面尺寸较大、配筋率较低的重力式桥墩。本文结合重力式桥墩的结构及受力特点，针对目前重力式桥墩抗震设计中存在的主要问题，采用试验研究、数值模拟与理论分析相结合的方法，系统研究了铁路桥梁桩基础的地震反应特点，提出了桩基础基于性能的抗震设计方法。主要研究工作如下：（1）在查阅大量文献资料的基础上，系统总结了桩—土—结构相互作用、桩基础抗震静、动力分析模型以及桥梁桩基础抗震试验的研究现状。（2）以常用跨度铁路梁桥的重力式桥墩为研究对象，在室内建立群桩基础桥墩缩尺比例模型，利用拟静力试验研究了在周期性反复荷载作用下桩基础的破坏特征、塑性铰产生机制、承载能力、骨架曲线、滞回特性以及耗能能力。（3）在试验研究的基础上，提出了群桩基础静力非线性计算模型。探讨了变轴力作用下桩身弹塑性的模拟方法。针对地基土抗力，提出了应同时考虑桩侧土水平抗力、桩周土竖向摩阻力以及桩尖土竖向抗力的建模方法，结合美国API规范给出了地基土抗力的本构关系及参数取值方法。并通过模型桩试验验证了分析模型的合理性。（4）基于群桩基础静力非线性计算模型，对桩基础非线性性能的影响参数进行了分析，总结了这些参数对桩基础的承载能力、位移延性以及桩身塑性铰产生机制、发展历程的影响规律。（5）提出了采用桩身损伤水平以及桩基础整体位移延性水平两项指标控制桩基础抗震性能的设计方法。给出了考虑桩—土三种相互作用效应的弹塑性需求谱的建立方法及能力谱法性能点的求解方法。提出了桩基础的抗震简化分析方法，并通过实例验证了有效性。（6）提出了考虑桩—土界面分离滑移效应的群桩基础动力非线性分析模型。探讨了考虑桩—土界面分离滑移效应的地基土动力本构关系的建模方法，分析了基础非线性对桥墩及桩身地震反应的影响规律。提出了非线性集中支撑弹簧简化分析模型，并通过实例进行了验证。