在循环荷载的作用下,由于结构钢内部的微观缺陷会不断地扩展,钢材的物理性质如弹性模量、屈服点、强化系数等会产生劣化,可能导致低周疲劳破坏.对于高层和超高层建筑,在地震荷载作用下,这些材质的改变可能影响结构整体的受力性能如承载力、刚度、周期阻尼等.因此,为了正确地预测高层和超高层钢结构在一次及多次地震作用下地响应,就必须用损伤力学的方法,考虑材料劣化的影响.本文基于低碳钢试样在反复荷载作用下的试验结果和能量损伤理论,提出了结构钢在反复荷载作用下的损伤累积模型.该模型以等效塑性应变作为损伤变量的度量依据,并考虑了三轴应力因子对损伤的影响,提出了三维应力状态下损伤变量以及含损材料的弹性模量、屈服强度和强化系数的计算方法.对于三向受拉的应力状态,提出了根据等效应力计算损伤变量的方法.建立了钢结构考虑损伤累积的有限元方法和计算步骤,并提出了收敛到预定位移水平的改进弧长方法.根据上述损伤累积模型,编制了20节点非线性等参元程序,对10个承受循环荷载作用的H型悬臂构件进行了数值模拟,并对两个梁柱连接试件进行了有限元分析.有限元分析结果与试验结果吻合较好,表明本文考虑损伤和损伤累积的结构钢本构模型以有限元方法具有足够的精度,可以用来模拟钢结构及构件在循环荷载作用下的响应,预测高层钢结构在一次和多次地震作用下的生存能力.本文所建立的钢材在循环荷载作用下的损伤和损伤累积模型和钢材断裂判据以及考虑损伤累积和裂纹效应的超高层钢结构分析程序具有以下特点:①在地震作用下能够计算高层钢结构的构件和结构的损伤和损伤累积.②在地震作用下能够预计高层钢结构的裂缝出现时间和位置以及发展.③能够分析高层钢结构在多次地震作用下每一次的不同反应.