随着经济的发展和社会的进步,高层框架-剪力墙（核心筒）结构越来越多地应用于我国的各大城市。历次震害表明,该类结构的地震损伤主要集中在剪力墙（核心筒）的连梁,震损后难以修复,这将影响建筑的使用功能。为了减少该部位的损伤,进一步提升整体结构的抗震性能和震后可恢复性,各国学者采用可更换消能连梁对结构进行减震设计,使结构在地震中的损伤主要集中在消能连梁,震后更换损伤的消能连梁,快速恢复整体结构的使用功能。剪切型金属消能连梁因性能稳定、成本较低被广泛应用于工程中。然而,目前各国学者对其研究存在两个问题:一是为了缓解应力集中和热焊接效应,对耗能片进行形状优化,但是大多基于数学优化方法,缺乏物理机理,而且常常会削弱消能连梁的承载能力;第二个问题是对金属消能连梁构件的力学性能研究,大多采用拟静力方法,但金属消能连梁是率敏感型构件,加载速率对其破坏形式、耗能能力等力学性能均有影响,不可忽略。本文针对以上两个问题,首先在保证消能连梁承载力的前提下,采用开倒角方式对耗能片进行局部优化,以缓解应力集中现象;然后,采用弹塑性力学相关理论,对耗能片形状进行全局优化,进一步提高延性和耗能能力;通过四种加载速率对两类优化型金属消能连梁以及传统工字型带肋金属消能连梁进行往复加载试验,结合有限元参数化分析,研究了本文两种优化方法对消能连梁性能提升的效果,以及应变率效应对消能连梁性能的影响;建立了金属消能连梁力-位移关系模型;本研究为金属消能连梁的优化设计与工程分析提供理论依据,为提高高层建筑的抗震性能及震后可恢复性提供技术支撑。论文主要完成了以下工作:1)设计了传统的工字型带肋金属消能连梁试件,采用四种不同的加载速率对四个相同构件进行往复加载试验,并结合数值模拟分析,研究了加载速率对该消能连梁破坏模式和力学性能的影响。通过回归试验和数值模拟得到的数据,建立了工字型带肋金属消能连梁力-位移关系模型。2)针对传统金属消能连梁存在的应力集中和热焊接效应问题,在不削弱消能连梁承载能力的情况下,对耗能片进行局部优化,设计了四个局部优化型金属消能连梁试件,采用四种不同速率进行往复加载试验。通过试验数据并结合数值模拟分析,研究了加载速率对该消能连梁破坏模式和力学性能的影响。通过回归试验和数值模拟得到的数据,建立了局部优化型金属消能连梁力-位移关系模型。3)为了进一步提升消能连梁力学性能,在对耗能片进行局部优化的基础上,基于弹塑性力学理论对耗能片的边缘进行整体优化,设计了四个全局优化型金属消能连梁试件,采用四种不同速率进行往复加载试验。通过试验数据并结合数值模拟分析,研究了加载速率对该消能连梁破坏模式和力学性能的影响。通过回归试验和数值模拟得到的数据,建立了全局优化型金属消能连梁力-位移关系模型。4)分别比较了三种金属消能连梁在四种加载速率工况下往复加载试验的结果,研究了加载速率对金属消能连梁破坏模式和力学性能影响。对同一速率作用下的破坏形式进行对比分析,并对累积耗能、承载力、等效刚度、粘滞阻尼系数等力学性能进行定量分析,比较了不同优化方式对金属消能连梁力学性能的提升效果。