北方海域海水冻融作用对混凝土跨海大桥桥墩的安全稳定性具有重要的影响作用,青岛海湾大桥是我国北方寒冷冰冻海域修建的第一座特大型桥梁集群工程,本文主要研究冻融作用下青岛海湾大桥下部基础结构的安全稳定性,所做主要工作如下：通过室内冻融试验研究得出了青岛海湾大桥桥墩混凝土在冻融循环作用下的极限抗压强度及其峰值应变、极限抗拉强度、弹性模量等力学性能指标随不同冻融循环次数的衰退规律,并推导出混凝土冻融损伤本构方程。根据室内外试验的对比关系,得出了桥墩混凝土结构各力学性能指标随结构服役时间的退化规律；应用有限元软件MIDAS建立了青岛海湾大桥沧口航道桥整桥三维有限元模型,并对其进行数值分析,得出沧口航道桥下部基础结构受力详情。随后应用有限元软件ANSYS建立了青岛海湾大桥沧口段航道桥墩柱基础结构的三维有限元数值模型,应用非线性理论对墩柱基础结构进行了数值分析,得出了各桥墩基础结构的力学响应并分析了其稳定性规律；考虑到不确定性因素对桥墩混凝土结构具有重要影响,分析了北方海域混凝土结构时变可靠度产生的原因,并根据现行规范及标准给出了跨海大桥正常使用极限状态设计所对应的目标可靠指标。应用ANSYS可靠度求解模块中的响应面法对沧口航道桥索塔基础结构进行了可靠度求解,得出了索塔基础结构在不同服役期内的可靠指标,并根据目标可靠指标给出索塔基础结构正常使用寿命；通过以上试验研究与数值分析,得出了冻融作用下跨海大桥下部基础结构的安全稳定性规律,可为工程前期设计及后期维修加固提供一定的参考依据。