结构损伤可能导致结构局部和整体表现出来的行为特性发生改变。在结构服役过程中，构件之间的焊接区域处于复杂的应力集中区域，往往成为结构受力过程中的最不利位置区域，因此，了解结构焊接区域的损伤情况以及在结构局部发生损伤的同时动态捕捉结构整体响应特征的变化显得十分重要。通常可用于结构探伤的方法有：显微镜直接观察法、电位法、柔度法、压电材料法、声发射技术等，然而现有的这些探伤方法都难以准确地在线测量结构损伤演化的过程。因此，如何在结构损伤演化的过程中准确测试损伤程度、寻找敏感而可行的损伤参数指标，对结构进行损伤程度的测量与量化，对于认识损伤演化的规律和机理，具有重要的学术意义和工程应用价值。本文以某钢桁架结构试样为研究对象，以实验研究为主要手段，探讨了含焊接细节的钢结构损伤演化过程测试方法，并基于测试信息分析了结构损伤演化的非线性规律。本文完成的主要工作及其成果有： 首先，通过对桁架结构试样建立有限元分析模型进行结构应力响应初步分析，研究钢桁架试样在INSTRON8802试验系统可实现的加载工况下进行结构损伤演化过程测试的实验方案。确定了用对钢桁架结构试样在其最不利的焊接细节部位通过逐步增加预制裂纹长度的方式预制6种不同程度的初始损伤工况，以便通过测试结构整体与焊接细节局部的响应和损伤演化过程，一方面纵向研究每一种损伤工况在加载范围内焊接细节部位的损伤演化规律，另一方面横向比较这6种初始损伤工况之间损伤规律的差别与联系。 其次，用漫反射法分别对不同初始粗糙程度的低碳钢标准试样和钢桁架结构在载荷作用下的表面粗糙度的变化规律进行研究，以探讨基于结构表面灰度值改变来在线识别结构损伤演化程度的可行性。以照明光的反射特性，建立低碳钢在拉伸进入强化阶段以后，其表面粗糙度与试样塑性变形和表面损伤程度之间的关系。继而，将漫反射法所确定的损伤指标参数应用到钢桁架结构损伤识别实验研究中，对钢结构损伤演化过程进行测量和机理分析。研究结果表明：基于漫反射法和图像处理得到的钢构件承载过程中表面粗糙度的平均灰度值的变化可以判断初始表面粗糙的金属试样是否发生了塑性变形，同时还可以用它来定量描述试样在塑性变形后期的损伤程度。但是对于钢桁架结构，漫反射法只能识别出该区域塑性变形前期的损伤，并不能识别开始发生屈服损伤至屈服强化阶段的损伤程度。 第三，研究用密布应变片的方法测量钢桁架局部损伤区域在开始发生屈服损伤至屈服强化阶段的损伤特征以及结构整体的响应信息。研究结果表明：1）密布应变片的方法能够捕捉到初始裂纹尖端的屈服区域中的损伤程度。在初始裂纹尖端与腹板之间的纵贯线上的应力分布梯度，经过拟合呈现的规律符合Ⅰ型裂纹的应力场分布规律；2）用循环拉伸载荷测得钢桁架局部损伤区域在加载、卸载过程中的残余应变、名义弹模与每一级加载载荷之间一一对应的关系，得到钢桁架局部损伤区域在每一级加载载荷下的损伤状态；3）桁架结构整体应变响应在6种初始的损伤工况下，其响应特征没有发生可识别的变化，它对初始损伤工况不敏感：而桁架结构平面内刚度在初始的损伤工况下，其响应特征会发生显著的变化，它作为损伤识别参数对这种初始损伤工况比较敏感，能够将所预制的6种缝损伤程度反演识别出来。 最后，用数值模拟的方法计算分析钢桁架结构在实验工况下的响应，以数值模拟的结果补充实验数据，分析钢结构焊接细节部位的损伤演化的非线性规律。研究结果表明：通过数值模拟计算得到的钢桁架焊接细节局部损伤区域的损伤演化规律与结构响应信息，不仅在有测试信息的部位能够获得与测试结果基本吻合的结果，还能够在非测点区域和测试盲区获得更多的计算结果，从而能够更精确地捕捉到初始裂纹尖端的损伤演化情况和损伤程度。