グランブルーファンタジーの回答詳細

○ダメージ上限がどうやって伸びてるのか
①ダメージ上限上昇のような「減衰値自体を伸ばす」
②天司武器のような「最終ダメージを○倍」
③虚空武器のような「最終ダメージに○万追加」

これらの説明の前にまずはダメージの減衰の仕様から説明します．
ダメージ減衰は減衰と名の付く通り段階を踏みます．
今回の奥義で言うと，
・150万：100%
・170万：60%
・180万：30%
・250万：5%
・それ以上：1%
こんな感じです．
計算上のダメージが例えば200万だとすると，実際に与えるダメージは

150*1+20*0.6+10*0.3+20*0.05
=150+12+3+1=166万

ってな感じになります．

ここからが本題．
①のダメージ上限上昇効果はこの減衰の段階を引き上げます．
例えば奥義上限10%UPだとすると
・150*1.1=165万：100%
・170*1.1=187万：60％
・180*1.1=198万：30％
・250*1.1=275万：5％
・それ以上：1％
という感じです．
上と同様に200万に補正をかけてみると

165*1+22*0.6+11*0.3+2*0.05
=165+13.2+3.3+0.1=181.6
となり，約1.09倍火力が上昇します．

この結果から，「少しでも減衰にかかる（つまり150万以上のダメージが出る）のであれば上限上昇は意味がある」という事が分かります．

②の天司武器効果は減衰補正をのせたダメージに対して○倍の倍率がかかります．
例えば上の166万のものに3凸天司補正（20%）を乗せると

166*1.2=199.2万

のダメージになります．

③の補正はこの計算された結果に対してダメージを○万加算します．
例は…これに関してはいらないですね．

○質問への回答
>ダメージ上限に届いてなければ上限上昇は意味がない？
上限の効果は上でも説明した通りですが，ダメージ上限の意味次第で捉え方が変わります．
よく耳にするダメージ上限は一般には（天司補正無しで）44万上限だの168万上限だのと言われる1％減衰まで届いてダメージが非常に伸びづらくなるラインの事を指します．
なのでダメージ上限の意味をこちらで言っているのであればそれは違う，という事になりますし，ちょっとでも減衰に引っかかるラインという意味で使っているのであれば意味はある，となります．