在强烈地震作用下,钢框架梁柱焊接节点出现脆性断裂,以致引起结构严重的破坏。传统的杆件模型、实体模型、精细模型、多尺度模型、弹簧杆件模型对钢构件、节点的承载力和刚度退化的模拟和预测无法同时达到准确性和高效性,往往会低估结构变形、高估结构抗倒塌能力,存在一定的安全隐患。本文根据钢框架中常见的栓焊节点失效模式,提出了能够兼顾准确性和高效性的模拟钢框架结构损伤退化的理论模型,通过有限元程序的开发,实现了考虑节点转动钢框架结构的弹塑性动力时程分析,发展了一种有效的地震易损性分析手段。论文的工作主要包含以下五个方面:(1)对比分析钢结构有限元常用模型(杆件模型、实体模型、精细模型、多尺度模型、弹簧杆件模型)的优缺点及适用范围。在此基础上,提出采用栓焊节点的弯矩-转角曲线的特征点定义弹簧单元,建立考虑节点失效特征的弹簧杆件模型,建立节点失效状态和荷载-位移曲线特征点的对应联系。通过强轴和弱轴节点试验、钢框架拟静力试验、振动台试验验证模型在静力非线性和动力非线性模拟的准确性和高效性。通过对比ANSYS和SAP2000软件所建立模型的周期和振型等动力特性,验证建模方法的对实际结构的有效性和适用性(第2章)。(2)从设防水准、性能水准、性能目标三个方面对比分析中国和美国有关基于性能抗震设计规范的相同和区别。结合已有关于性能的文献和钢框架的性能分析,对钢框架的性能水平定义、破坏等级划分、性能指标选定。采用考虑节点转动特性的弹簧杆件模型和杆件模型,建立钢结构单榀模型和整体结构模型,施加合适的侧向加载模式,分别进行静力弹塑性分析,根据节点的失效状态确定界限限值和划分破坏状态,提取Pushover曲线的关键性能点,绘制出结构的抗震能力曲线。研究节点转动能力、空间效应、楼板作用对结构抗震能力的影响(第3章)。(3)以地震峰值加速度(PGA)作为地震动强度参数,以结构层间最大位移角(ISDA)、顶点最大位移角(RDA)作为结构地震需求参数,建立钢框架结构地震需求模型。根据场地特征、地震分组等信息选取22条太平洋地震数据库中的地震波和6条中国地震波,将地震动强度划分为9级覆盖并包含抗震三水准。采用增量动力分析(IDA)方法对单榀和整体钢框架结构的单向和多向地震动时程分析,从地震响应分析、地震需求模型、三水准地震分析等三方面,研究节点转动能力、空间效应、楼板作用、多向地震波对钢框架地震响应的影响(第4章)。(4)考虑12个结构不确定性因素和1个地震动不确定性因素,采用拉丁超立方抽样方法对100个“结构-地震动”样本对钢框架进行地震需求分析。将“结构-地震动”样本的地震需求模型与三向地震需求模型对比分析,使用SPSS软件定量分析地震动不确定性和结构不确定性对地震响应参数的影响(第5章)。(5)在地震需求分析和地震能力分析的基础上分别对钢框架单榀结构和整体结构进行单向地震动和多向地震动的易损性分析。采用基于概率统计的理论分析方法,研究在给定地震动强度的前提下结构地震需求超越抗震能力的概率,分别以层间最大位移角(ISDA)、顶点最大位移角(RDA)作为性能指标绘制各种模型的地震易损性曲线,研究空间效应、楼板作用、节点转动以及地震动的多向对结构易损性的影响。在三级地震设防水准的基础上,增加考虑特大地震水准,分别提取结构的各个性能水平的超越概率,并与抗震规范对比,对钢框架地震易损性分析的给出一定的合理建议,为结构抗震安全评估提供参考依据(第6章)。