随着过去十年我国经济的快速发展，我国的桥梁建设事业也取得了举世瞩目的成就，正向着大跨、深水方向发展。对于处在深水环境的大跨度桥梁，在地震作用下，水与桥梁下部结构的相互作用将对桥梁的安全性产生不可忽视的影响。然而，目前国内外有关地震作用下深水桥梁结构的动力特性和地震响应的理论与试验研究有限，所以，开展该领域的研究具有重要的实际工程意义。本文以跨海大桥下部桩墩结构为研究对象，结合室内模型试验对地震作用下的深水桥梁桩墩结构进行了系统的分析，归纳出关于该类结构动力特性和地震响应的一般规律，为深水桥梁的抗震设计及安全性评价提供依据。据此，本论文的主要工作如下： 　　(1) 通过查阅大量的国内外相关文献，总结并评述了关于振动台模型试验、桩墩类结构的动水压力计算方法以及结构损伤识别的相关研究成果。对地震作用下结构与水耦合振动的机理和基本理论，包括辐射波理论、绕射波理论和半解析半经验理论等做了介绍。 　　(2) 对传统的 Morison 方程进行修正，以适用地震和波浪联合作用下的情况。讨论了惯性力系数的影响因素，给出了不同类型构件、不同水深环境和不同直径构件的取值方法；并分析了自由表面波及流体压缩性对惯性力系数计算结果的影响；比较了国内外几部桥梁抗震规范的动水压力计算方法，并与本文给出的惯性力系数计算附加水质量的结果进行了比较；最后，应用本文给出的经修正后的Morison方程对一具体算例进行分析并讨论了动水压力对各种影响因素的敏感性。 　　(3) 考虑了水下桩墩结构的特点，在一定理论假设的基础上，基于Buckinghamp定理，采用量纲分析法及方程分析法，对比分析得到了桥梁下部桩墩结构振动台破坏性试验模型设计的实用相似关系。 　　(4) 为了更直观地了解地震作用下动水压力对结构动力特性和地震响应的影响，进行了桥梁下部桩墩结构的破坏性振动台模型试验。结果表明，地震作用下由于结构周围水体的影响，结构的自振频率减小，地震响应增大。因此，工程设计中应考虑动水压力的影响。同时，通过本研究，给出了一种水下桩墩结构的试验方法，可以为其它同类试验提供参考。 　　(5) 对试验模型结构进行了数值模拟以及有限元模型修正，通过与试验结果对比，表明了本文采用的数值模型及有限元模型修正方法可以满足要求。此外，本文采用的神经网络预测结果与试验结果吻合较好，验证了将训练有素的神经网络应用于地震响应预测的可行性。 　　(6) 针对水下桩墩结构研究了损伤预警、损伤定位和损伤程度标定的三步损伤识别方法，即分别采用比较适合的识别方法：在第一步采用基频或基频平方的变化来判定损伤是否发生；在第二步通过模态曲率差来进行损伤定位并提出了改进的模态曲率差法；第三步应用优化算法根据刚度折减率来进行损伤程度标定。通过理论和试验验证了三步损伤识别方法的可行性以及优化算法的有效性。 　　(7) 对桥梁下部结构的健康监测，引入了多维传感器优化布设方法。考虑到桥梁下部桩墩结构与上部桥面结构的区别，提出采用同时考虑不同振动方向的传感器优化布设方法，并通过算例验证了该布设方法的有效性。