随着我国电力能源供应需求的增大和环保要求的提高,国内火力发电厂已开始寻求建设高度超过200m的超大混凝土冷却塔结构,然而针对高烈度区超大冷却塔结构的抗震性能系统研究尚不多见。作为影响超大型冷却塔结构安全性的最关键构件,尚未发现国内外学者针对该类冷却塔结构中大长细比X支柱的详细研究。深入研究超大型钢筋混凝土冷却塔结构在地震作用下的振动响应特点、损伤模式、薄弱环节以及关键构件设计方法,对指导该类结构的抗震设计具有重要意义。同时,国内外也尚未见到有关高烈度区超大冷却塔结构采用减震性能良好的隔震技术的相关研究。本文通过超大混凝土冷却塔整体模型结构振动台试验、关键X支柱构件拟静力试验以及数值模拟等手段对上述问题展开研究,主要内容、方法及结果如下:(1)开展了隔震和非隔震超大型冷却塔结构缩尺模型地震模拟振动台试验研究。考虑动力相似律,采用新型铅粒铁粉基骨料混凝土,以8度(0.3g)地区某超大冷却塔结构为例,设计制作了近200m高超大型冷却塔结构的1/30缩尺模型,并进行了隔震设计。对隔震模型与非隔震模型分别进行了地震模拟振动台试验研究,试验结果揭示:下部X支柱是冷却塔结构的薄弱环节,支柱的顶部在地震作用下首先破坏。非隔震冷却塔模型在设防地震工况下柱顶普遍开裂破坏,在极罕遇地震工况下部分斜支柱柱顶混凝土明显被压碎露筋,并出现沿全长分布的水平裂缝。而采取铅芯橡胶支座隔震措施,可以明显减小超大型冷却塔结构在地震作用下的加速度和位移反应以及损伤程度,X支柱柱顶水平向减震效果可达50%。(2)开展了超大型冷却塔大长细比X支柱构件缩尺模型拟静力试验。对40m高X支柱和双交叉支柱交叉部位纵筋连续与断开共4种不同的配筋设计形式,设计制作了共4个1/8缩尺试件模型,分别进行了轴向拉压条件下的平面外加载拟静力试验研究。结果表明,其损伤模式均表现为随着加载位移的增大,裂缝由柱顶和柱底向中部扩展。在位移角小于1/50时,交叉节点处纵筋连续与断开对支柱承载能力和变形能力影响较小,承载能力和延性均较好。当位移角超过1/50后,支柱的损伤表现为柱顶到柱底分布式水平裂缝,交叉节点纵筋截断的支柱承载力比连续的支柱承载力低,强度退化更快。(3)开发了考虑粘结滑移的混凝土一维本构模型和二维分析模型,并对振动台试验中的模型结构进行了数值模拟对比分析。基于超大型冷却塔斜支柱拟静力试验现象和力学性能分析,提出了考虑粘结滑移的混凝土一维本构模型。基于OpenSees中现有的分层壳模型和钢筋混凝土二维模型FSAM,将考虑钢筋混凝土粘结滑移的一维本构模型扩展到二维,开发了能够考虑钢筋混凝土粘结滑移的二维分析模型。并提出了考虑粘结滑移影响的钢筋混凝土梁柱、抗震墙以及壳体的模拟方法。通过冷却塔斜支柱拟静力试验和剪力墙拟静力试验验证了上述两种模型的有效性与合理性。利用开发的本构模型对振动台试验中的超大型冷却塔结构隔震和非隔震模型进行了数值模拟分析,验证了两种模型用于大型结构分析的可靠性。