目前关于大跨公铁两用斜拉桥在我国的应用还较少,少量文献对其进行抗震研究,且尚未发现有文献对大跨度公铁两用斜拉桥在强地震作用下的破坏模式及考虑墩水耦合的公铁两用斜拉桥地震易损性与风险评估方面的研究,基于此现状,结合铁路桥轨道约束作用及跨海桥梁的墩水耦合作用等特点,用数值模拟和概率解析方法,对大跨度公铁两用斜拉桥进行强地震作用下的破坏模式、概率地震易损性分析及概率地震风险分析,主要研究内容如下:(1)系统研究了基于显式动力分析方法的大跨度斜拉桥结构地震响应全过程仿真分析理论。阐述了显式动力分析方法的理论实现过程,包括基于中心差分法的显式积分求解方法、大变形理论和材料非线性理论。对斜拉桥各构件的材料模型、单元类型以及材料的失效准则进行了探讨。以公铁两用斜拉桥为工程实例,建立了基于显式积分的公铁两用斜拉桥的力学仿真模型,揭示了不同塔梁支座连接形式对大跨度铁路斜拉桥在强地震作用下的破坏模式,考虑了桩-土作用效应、行波效应及阻尼器设置对破坏模式的影响。(2)建立了基于隐式积分的全桥三维非线性有限元模型,采用增量动力分析方法(IDA)对公铁两用斜拉桥进行非线性动力响应分析,选取10条符合中国Ⅱ类场地的远场地震波,IDA非线性分析用地震波按照峰值加速度(PGA)从0.15g~1.5g以0.15g的增量进行调幅。采用相同峰值加速度1.5g的多条地震波分析与单条地震波增量动力分析相结合的方法,分别对不考虑桩土相互作用和考虑桩土相互作用的结构模型进行分析研究,同时与基于显式积分法的分析结果进行对比验证。(3)在已有的结构损伤准则和结构损伤状态划分的基础上,研究了斜拉桥墩柱构件、活动支座构件及斜拉索构件的损伤状态划分。继而采用纤维模型对所有墩柱截面进行偏心受压破坏的全过程模拟,考虑了6级轴压比,且不考虑纤维截面材料参数和几何参数的不确定性,分别获得了6级轴压比下截面的P-M-(?)曲线,建立了以轴压比为变量的墩柱截面确定性抗震能力模型。根据该斜拉桥关于活动支座和斜拉索的设计标准,确定了活动支座和斜拉索构件的确定性损伤指标。(4)基于蒙特卡洛方法对斜拉桥墩柱截面进行概率损伤极限状态分析,从抽样效率和抽样精度方面,对简单随机抽样方法和拉丁超立方抽样方法进行了对比研究,提出了一种高效的随机抽样方法,即采用拉丁超立方抽样和能降低方差的对偶变数法相结合的抽样方法,同时引入了考虑多个随机变量时伪相关性消除的方法。利用消除伪相关性的高效抽样方法,在考虑材料参数和几何参数不确定性的情况下,分别对边墩、辅助墩和主塔各截面进行样本抽样,每个截面进行100次抽样试验,从而确定每个截面的100个随机样本。考虑6级轴压比变化,对各截面的100个随机样本分别进行截面纵向和横向的P-M-?分析,得到不同轴压比下的截面纵向和横向的曲率指标,并进行三次多项式对数回归分析,建立了以轴压比为变量的概率抗震能力模型。(5)以公铁两用大跨度斜拉桥为工程实例,利用IDA分析方法,分别对基底固结模型、桩土相互作用模型、墩水耦合作用模型和轨道约束模型的330个随机结构-地震动样本进行结构纵向和横向的弹塑性时程分析,建立了四种情况下边墩、辅助墩、主塔及其基桩各截面曲率指标的概率需求模型、边墩活动支座相对位移指标的概率需求模型以及斜拉索索力指标的概率需求模型。(6)从不确定性传递的角度,对考虑本质不确定性和知识不确定性的地震易损性函数进行研究,得到了考虑本质不确定性和同时考虑本质不确定性和知识不确定性的解析易损性函数。从而获得了公铁两用斜拉桥结构构件的概率地震易损性曲线,进而通过一阶界限法估计了斜拉桥结构的系统损伤概率,获得了结构体系的易损性曲线,同时研究了桩土相互作用、墩水耦合作用及轨道约束作用对公铁两用斜拉桥结构易损性的影响。(7)基于解析地震易损性函数,采用经典的幂函数形式的概率危险性关系,推导获得了考虑本质和知识不确定性的概率地震风险的解析函数。利用解析函数,对公铁两用斜拉桥进行地震损伤风险分析和地震需求风险分析,分别从构件层次和结构层次分析了该公铁两用斜拉桥结构在100年基准期内的概率地震风险,根据该公铁两用斜拉桥的抗震设防标准,对其抗震性能进行评估。