杆系钢结构是一种应用广泛的工程结构形式，大型杆系钢结构节点处交汇的杆件众多，节点局部构造细节复杂，且处于复杂的空间受力状态。大型杆系钢结构在服役期内长期承受着循环动力载荷(风力作用，移动荷载，地震作用)作用，大量研究和工程实例表明，循环应力容易导致杆系钢结构焊接节点的焊接区域出现疲劳裂纹，并会不断扩展，直至引起节点的脆性断裂，这些都将会导致大型杆系钢结构的安全性能下降甚至引起结构的倒塌破坏。为此，对杆系钢结构焊接节点进行疲劳损伤分析，研究疲劳裂纹的萌生和扩展并预测疲劳寿命，对于保证杆系钢结构的安全是十分必要的。　　 大型杆系钢结构焊接节点的焊接过程复杂，焊接残余应力对结构的疲劳性能有着重要影响。然而目前无法对实际工程中的焊件测定其焊接残余应力，因此采用有限元数值模拟分析焊接节点的焊接残余应力场分布情况是进行疲劳分析的基础。本文采用ANSYS有限元分析软件，基于热弹塑性力学理论，开发了一套完整的焊接有限元程序，并对大型焊接钢桥整体焊接节点和输电线塔节点板两种焊接节点的焊接过程成功实现了三维动态模拟，分析了各个时刻的温度场和最终的焊接残余应力场，焊接残余应力最大值接近甚至超过材料的屈服强度，计算结果与实验结果相符合。　　 本文首次将焊接节点的焊接残余应力考虑在内，提出了一套完整的杆系钢结构焊接节点的动应力场多尺度有限元分析方法。该方法首先采用数值模拟或者实测的方法获取结构整体尺度的动应力响应，然后对需要进行疲劳分析的焊接节点进行边界切割，获取其在整体尺度上的力和位移边界条件；接着建立焊接节点的精细实体有限元模型，将焊接残余应力当作初始应力，施加上步得到的力学和位移边界条件进行小尺度的动应力分析，得到焊接节点局部细节处的应力应变状态，最后由Von-mise等效应力准则确定应力最大的节点为疲劳危险点。文中对大型焊接钢桥的整体焊接节点和输电线塔节点板分别进行了动应力多尺度分析，结果表明焊接节点的疲劳危险点出现在焊缝的焊趾处。　　 本文系统的建立了杆系钢结构焊接节点基于应变的疲劳裂纹萌生寿命计算方法。由动应力分析的结果可知，在焊接残余应力和外荷载迭加的情况下，焊接节点的疲劳危险点的应力将超过材料的屈服强度，应此将会发生塑性变形，所以采用基于应变的疲劳损伤理论更加符合实际情况。文中采用多轴疲劳的临界面方法，计算了大型焊接钢桥的整体焊接节点和输电线塔节点板的裂纹萌生寿命。首先分析疲劳危险点的应变时程确定临界面的位置，然后采用循环计数方法提取临界面上的正、剪应变循环，并将其合成统一的多轴疲劳损伤参量，最后根据疲劳寿命计算公式和Miner准则估算裂纹萌生寿命。　　 本文采用断裂力学的方法研究含初始裂纹的杆系钢结构焊接节点的裂纹扩展问题。文中首先提出了一种可以创建含三维裂纹的有限元实体建模方法，该方法采用局部到整体的思想，采用特殊的网格划分技术，能够建立各种含裂纹的复杂结构，方便的实现应力强度因子的求解。针对裂纹扩展中应力强度因子实时计算的困难，文中采用数值插值的方法近似代替全三维的有限元分析，从而简化了应力强度因子求解过程。文中针对杆系钢结构承受多轴非比例加载的情况，创新的提出了对焊接节点的荷载边界条件采用分组的方法计算应力强度因子幅，形成应力强度因子幅数据库，从而便于程序化求解。在上述方法的基础之上，文中采用Paris裂纹扩展速率公式预测了大型焊接钢桥的整体焊接节点和输电线塔节点板的裂纹扩展寿命，计算结果和裂纹扩展理论相符合。　　 最后，基于本文的一系列方法，完成了杆系钢结构焊接节点疲劳自感应自诊断系统的集成，详细阐述了该系统的工作原理和四个子模块的功能，并在一个工程实例上成功的应用了该系统。