自1994年美国北岭地震以及1995年的日本阪神地震以来,钢结构在强震作用下的低周疲劳和震后可使用性问题备受关注。然而,钢材前期的高周疲劳损伤和震后结构强度的降低尚未引起人们足够的重视。当前,关于高低周疲劳耦合效应的研究仅限于发动机扇叶和航空航天材料,由于它们的材料性质和破坏方式与钢结构差别较大,相关理论还不能直接应用于钢桥抗震设计;而循环软化引起的材料强度降低及其对结构震后承载能力的影响也有待进一步的研究。为此,本文结合国家自然科学基金项目(项目编号:51708485)中的钢桥在强震作用下的高低周疲劳耦合损伤研究,分析了反复荷载作用下的钢材的强度退化规律,讨论了材料性能退化对钢构件及钢桥抗震及震后承载能力的影响。在此基础上,采用京沪高速实测车流对钢桥进行高周疲劳损伤分析,同时研究了节点在强震作用下的低周疲劳损伤,最后分析了桥梁节点的高低周疲劳耦合破坏。以常用的结构钢Q345为研究对象,首先考察了反复荷载下钢材的循环软化特性,提出了钢材性能退化与材料塑性耗能密度之间的关系。对现有的本构关系模型进行改进,使其可以考虑钢材的抗拉强度退化。采用改进后的本构模型对钢桥墩和钢桥进行地震反应分析及震后承载能力评估,考察了材料性能退化对构件及结构性能的影响。结果表明,Q345钢材是一种具有循环软化特性的材料;在反复加载过程中,试件的抗拉强度随着材料所经历的最大拉伸塑性应变的增加而降低;采用改进的双曲面本构模型计算得到的结果与试验结果基本吻合,钢材在加载初期的抗拉强度明显比在中后期下降得更快,改进后的模型可以精确地预测出材料的承载力下降特性;考虑循环软化特性后构件的承载能力降低,但材料强度退化对构件的承载力的影响并不显著;考虑前期地震损伤后,大多数情况下钢桥剩余强度仍具有原强度的90%以上,但结构的延性明显下降。采用京沪高速实测车流对钢桥进行影响线分析,得到了钢桥节点在服役过程中的应力时程;采用泄水法对节点的应力时程进行分析,得到了节点在服役过程中的疲劳应力谱;采用Miner准则对节点的高周疲劳损伤进行累积计算,获得了节点在服役过程中的疲劳损伤累积发展。最后,对钢桥进行弹塑性地震反应分析,得到了节点在强震作用下的低周疲劳损伤发展,进一步分析了节点高低周疲劳耦合损伤发展。结果表明,在服役期内车流活载的影响下,桥梁节点的疲劳损伤不断累积。由于采用了 Miner准则,节点的高周疲劳损伤指标呈线性增大。如果该桥在服役20～24年后遭受到集集地震的作用,将会出现高低周疲劳耦合破坏;如果该桥在服役40～57年后遭受到新泻地震的作用,将会出现高低周疲劳耦合破坏。如果在抗震验算中仅考虑地震荷载的效应,而不考虑桥梁在服役过程中的损伤累积,将得到偏于危险的结果;桥梁在强震作用下的疲劳破坏评估需要考虑桥梁的服役时长。