直接焊接的钢管桁架结构,由于节点简洁明快,没有辅助的节点板等构件,更能满足施工设计对于观感的要求,使得该结构在公共建筑中得到了广泛运用。但由于节点在焊接过程中相贯线处焊缝的复杂性,微孔洞、微裂纹的存在不可避免,节点焊缝相较母材更易损伤累积。其损伤历史无疑对结构在后续服役中的抗力和剩余寿命产生重大影响。大量实践表明,地震荷载作用下,管桁结构的破坏大多始于焊接节点,而可用于抗震和有限元分析的焊材考虑损伤影响的本构模型研究还不充分,对节点处焊缝损伤累积演化规律的研究对于钢管桁架结构受力性能的准确刻画具有重要意义。为此,针对管桁结构直接焊接节点处焊缝的损伤累积演化规律展开一系列研究:(1)探讨焊缝建模和焊材材性选取对管桁结构直接焊接K型及T型节点力学性能分析的影响。结果表明建立焊缝模型并区别考虑焊材和母材材性的数值模拟结果与试验结果更接近。在此基础上用区别考虑焊材与母材材性的优化模型进行节点参数分析和承载力计算公式拟合,且证明有良好适用性。(2)考虑管桁结构直接焊接节点焊缝分布特点,制作成全熔透的T型角焊缝和对接焊缝,从中抽取标准试件进行拉伸试验和低周疲劳试验。探究管桁结构直接焊接节点焊材在循环荷载作用下的损伤累积演化规律。得到焊材、钢材及热影响区钢材的应力-应变滞回曲线、应力幅退化曲线(σm-η)及累积耗能变化曲线(ξ-η),探究加载方式、材料型号、焊接方式、取样位置等对焊材循环寿命、滞回性能和损伤累积演化规律的影响。对比分析各种工况下焊材、焊前钢材及热影响区钢材的滞回性能。结果表明,焊材属于循环软化材料,应力幅值、卸载刚度和耗能能力随循环周数的增加发生退化,循环荷载作用下损伤累积导致焊材性能退化。加载方式、材料型号、焊接方式、取样位置等对其损伤演化规律均有一定影响。进一步与钢材对比,焊材与钢材循环特性存在明显差别,钢材属于循环硬化材料,且焊材循环寿命小于钢材。σm-η曲线表明与疲劳裂纹开展过程对应,焊材和钢材应力幅值退化均分三阶段,但存在明显差别,焊材曲线呈下降趋势而钢材循环应力幅值只在破坏前快速退化。热影响区钢材受高温焊接过程影响,材料性能发生劣化,循环特性更接近焊材,且循环寿命明显降低。试验研究获得了循环荷载下焊材损伤累积演化的基本规律,并表明焊材与其母材相比循环特性存在明显差别,焊材的损伤累积较其母材更为严重和复杂,结构分析中不能忽略焊材损伤累积的影响。(3)在试验研究基础上,结合损伤力学理论和相关研究现状,从变形和能量两方面综合考虑确立了管桁结构直接焊接节点焊材的损伤累积演化方程,其能量部分不再局限于理想弹塑性的情况,且满足损伤变量值在破坏前始终小于1的特征。进一步结合循环荷载作用下金属材料滞回模型的研究现状,通过引入损伤变量的演化方程,基于Ramberg-Osgood模型和Masing准则,构建了包含损伤累积影响的焊材滞回模型,通过低周疲劳试验获得的数据对模型参数λ、η、ξ、g、h以及K’和n’进行了拟合。(4)将滞回模型计算得到焊材应力-应变滞回曲线与试验结果进行对比,结果表明模型具有较好适用性,且可以很好地反应焊材在循环过程中的损伤累积演化规律。