铸钢节点具有良好的灵活性和适用性等优点,近年来被广泛地应用到超高层建筑和大跨空间结构等复杂建筑结构中。由于铸钢材料在浇铸时容易产生缺陷,而缺陷往往是断裂发生的起始位置,因此对铸钢节点的断裂性能研究十分必要。低温对于钢材的断裂也有不利的影响,所以研究铸钢节点在低温下的断裂性能也有非常重要的意义。本文从微观断裂机制出发,应用考虑空穴扩张的微观力学模型对G20Mn5QT铸钢材料的断裂性能进行了研究,通过试验和有限元的方法校准了微观机制模型在不同温度下的断裂参数,验证了其在铸钢试件及节点断裂预测分析中的适用性。本文具体研究内容如下:(1)介绍了适用于单调荷载下的微观机制模型,即空穴扩张模型(VGM)和应力修正应变模型(SMCS)的基本原理和应用方法。(2)通过单调拉伸试验,研究了G20Mn5QT铸钢材料在20℃、-20℃、-40℃和-60℃下的材料性能;通过冲击韧性试验,得到了G20Mn5QT铸钢材料的韧脆转变温度为-12.31℃。(3)通过对圆周平滑槽口试件进行单调拉伸试验,同时结合有限元分析,校准得到了G20Mn5QT铸钢材料在20℃、-20℃、-40℃和-60℃下VGM的断裂参数为1.32、1.14、1.00和0.88,SMCS模型的断裂参数为1.26、1.06、0.94和0.86;通过对试件断口的扫描电镜试验,得到了20℃、-20℃、-40℃和-60℃下G20Mn5QT铸钢材料微观机制模型的特征长度分别为0.214mm、0.197mm、0.167mm和0.139mm。(4)通过双孔平板试件的单调拉伸试验,对校准的微观机制模型进行了验证;应用基于VGM的裂纹扩展方法,模拟了双孔平板试件包括裂纹扩展在内的断裂全过程;通过有限元分析并结合校准的微观机制模型,研究了温度对于双孔平板试件断裂发生和裂纹扩展的影响。(5)采用校准的微观机制模型对梁柱铸钢连接节点进行了断裂预测分析,研究了低温对铸钢节点断裂性能的影响。本文中校准的G20Mn5QT铸钢材料的微观机制模型,对于铸钢节点的断裂预测分析及其在低温下的断裂性能研究具有一定的应用价值。