近年来,地震频发,钢结构因其抗震性能优良有被广泛应用于民用住宅的趋势。在钢结构广泛应用的背景下,由锈蚀带来的耐久性问题也变得愈发严重,锈蚀将造成钢构件截面削弱、钢材力学性能降低,进而影响钢结构的抗震性能。针对上述问题,本文从材性、构件、结构三个方面分别研究了锈蚀对钢材力学性能、钢框架柱抗震性能、钢框架结构抗震性能的影响,并在试验结果的基础上建立锈蚀钢框架结构地震损伤模型、恢复力模型及概率地震易损性模型。考虑到钢框架结构在整个使用寿命年限内将遭受腐蚀及地震的影响,对钢框架结构进行基于损伤可靠度的全寿命优化设计,实现了钢框架结构设计的最优化。本文主要研究工作及研究成果包括:(1)采用户外自然加速暴露试验方法对城市酸性大气环境进行模拟,对63个标准钢材材性试件及空间钢框架结构进行酸性大气腐蚀,得到具有不同锈蚀程度的钢材材性试件及锈蚀空间钢框架结构;对具有不同锈蚀程度的钢材材性试件进行拉伸试验,拟合试验数据建立了钢材力学性能(包括屈服强度、极限强度、弹性模量及伸长率)与失重率之间的数学关系。在上述材性试验结果及结构力学理论的基础上,对欧进萍等人提出的钢结构地震损伤模型进行改造,建立了在役钢框架时变地震损伤模型;对时变损伤模型进行算例应用,结果表明,本文建立的时变损伤模型可以很好的体现锈蚀损伤对钢框架抗震性能的影响。(2)利用气雾腐蚀箱对城市酸性大气环境进行模拟,对6榀钢框架柱进行酸性大气腐蚀;通过改变锈蚀程度、轴压比,对6榀钢框架柱试件进行了低周反复加载试验,考察了锈蚀钢框架柱的破坏过程与特征,研究了不同锈蚀程度、轴压比对钢框架柱的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、强度和刚度退化、变形能力、滞回耗能等力学性能的影响。基于上述试验的结果,建立了基于损伤的锈蚀钢框架柱恢复力模型。(3)对2榀锈蚀程度不同(分别为未锈蚀、严重锈蚀)的空间钢框架结构模型进行地震模拟振动台试验,测定了2榀钢框架结构模型的动力特性及不同烈度下的地震反应,对比分析了锈蚀损伤对结构自振频率、振型形态、位移反应、加速度反应、应变反应及破坏情况的影响;根据相似关系推算出原型结构在不同水准地震作用下的自振频率、振动形态、加速度反应、位移反应及剪力分布。(4)基于时变地震损伤模型提出了酸性大气环境作用下多龄期钢框架结构概率地震易损性分析方法及步骤;考虑服役龄期对钢框架结构抗震性能的影响,分别建立时变概率地震需求模型、时变概率抗震能力模型及时变易损性模型;在概率地震需求分析及概率抗震能力分析的基础上,得到多龄期(20年、30年、40年、50年)钢框架结构的易损性模型及易损性曲线。(5)基于“投资-效益”准则,建立钢框架结构全寿命抗震优化设计数学模型;在优化设计模型中引入加权系数,用于调整结构初始造价和损失期望在目标函数中的相对重要性;将损伤可靠度分析理论应用到钢框架结构全寿命抗震优化设计中,利用钢框架结构时变地震损伤模型计算结构整体损伤,用于评价结构是否可靠及计算结构在各性能状态下的失效概率;利用MATLAB软件平台进行编程,实现了钢框架结构基于损伤可靠度的全寿命抗震优化设计。