在很多情况下钢结构脆断时并未超载,且塑性变形很小,其后果是灾难性的,任何工程均无一例外的要求避免脆断。而经典金属强度理论、损伤力学和断裂力学的研究成果均对结构钢宏观脆断无能为力。因此,研究结构钢断裂的主要影响因素及其因素间的关系将具有重大意义。为研究结构钢在三轴应力状态下的断裂机理和抗断设防,对10个Q235结构钢开孔管试件、20个Q345结构钢刻痕杆试件进行了断裂拉伸试验和数值模拟分析,试验结果显示：裂纹起始于孔边和刻痕杆的最小断面处,沿与荷载垂直方向迅速扩展,断面垂直于荷载方向,并有明显的剪切破坏痕迹。在三轴应力较高的切口区域,试样有较小的塑性变形,破坏面沿着与主应力垂直方向发生,反之,塑性变形聚集较大时在最大剪应力方向产生塑性流动,有明显的塑性变形,破坏面为明显的剪应力引起的韧性破坏,显示出断裂的定性规律；该试验验证了“初始裂纹都位于垂直于加载方向的圆孔周边的试件表面和刻痕根部危险断面处”,三轴应力在最危险断面厚度中心处和刻痕心部达最大值。另外,在含有裂纹、空洞、刻痕、凹角、缺陷处及截面突变部位易形成应力集中和脆性破坏并且在三轴应力较高的区域首先出现裂纹。数值模拟的力-位移曲线跟试验吻合较好,其应力场可以作为断裂机理分析。通过对开孔管应力场进行数值模拟发现结构钢断裂强度σf与应力三维度σm/σe有着密切的关系,对断裂应力场的回归分析,得出了断裂强度与应力三维度之间的关系式。对刻痕杆断裂应力场分析可知结构钢断裂时的等效应变与该断裂面上的平均应力三维度σm/σe有着密切的关系,通过分析得到了应力三维度与断裂时的等效应变之间的关系曲线。该实验再次证明了影响结构钢断裂的主要因素为应力三维度和等效应变,它可以很好的预测裂纹的形成位置。给后续的理论研究提供了详实的实验资料。