钢结构工程由于自身的金属化学属性,其暴露在空气中极易与空气中的腐蚀介质发生电化学腐蚀。腐蚀会使结构发生事故的风险概率增大并威胁人民的生命及财产安全。在实际工程应用中,腐蚀导致的灾难性事故非常常见,后果也非常严重,特别是在酸性大气中的焊接钢结构和高应力状态下的钢结构极易发生承重构件无征兆的脆性破坏并危及生命安全。这使得钢结构面临的服役环境日益严峻,在一定程度上影响了钢结构的推广应用。本文依据国家科技支撑计划课题《城市多龄期建筑震害评估与模拟关键技术研究与示范》(2013BAJ08B03)的研究内容,通过试验研究与理论分析,对酸性大气环境下的钢结构从材性和结构方面开展了相关研究:(1)对钢材材性试件及框架结构试件进行了人工周期喷雾复合腐蚀试验,对腐蚀后的材性试件进行除锈处理,进而对标准钢材材性试件进行拉伸试验。为进一步研究腐蚀后钢材基本力学性能指标随失重率的变化关系,本文对材性拉伸试验数据进行了分析,经线性拟合与数值检验,建立了钢材基本力学性能指标随失重率增大的退化关系。(2)为研究平面钢框架结构的承载能力、刚度和耗能能力等性能指标随腐蚀程度加深的退化规律,本文通过对人工腐蚀后具有不同锈蚀程度的四榀平面钢框架结构进行了低周往复加载试验。试验表明:四榀平面钢框架结构试件均发生了不同程度的塑性屈曲变形,且其受力变形发展的规律和破坏形态基本一致;不同锈蚀程度的平面钢框架结构试件在反复荷载作用下的滞回曲线形状均呈纺锤形状,并无捏拢现象,表明钢结构具有较好的耗能能力和延性;钢框架结构随锈蚀程度的加剧,将使结构的承载力、刚度、延性不断降低,耗能能力逐渐减弱。(3)基于试验研究,运用有限元分析软件ABAQUS对不同锈蚀程度的平面钢框架结构试件进行数值分析。有限元模拟值与试验值对比表明:本文所提出针对锈蚀钢框架结构的有限元计算建模方法,材料参数及模型单元的选取和破坏准则的确定都是合理的。(4)基于有限元分析软件ABAQUS,结合本文酸性大气环境下锈蚀钢材材料性能试验研究成果,建立了四个不同龄期的带支撑钢框架结构有限元分析模型,并进行了增量动力分析,以结构整体损伤为结构的地震需求指标,研究了带支撑钢框架结构在不同服役龄期下结构最大层间位移角及其结构整体损伤的变化规律,并对结构进行地震易损性分析,得到如下结论:由增量时程分析结果可知,在罕遇地震作用下,随着服役龄期的增大,结构的层间位移角和整体结构损伤值都大幅增大。结构的损伤状态也由轻微破坏发展到中等破坏甚至倒塌破坏。由地震易损性曲线可知,随着结构龄期的增加,在相同地震动强度作用下结构超越某一破坏极限状态的概率逐渐增大。