在1994年美国北岭地震和1995年日本阪神地震中,梁柱连接发生了大量的脆性破坏,显示出人们对结构钢断裂破坏机理认识的不足。目前,断裂已经成为许多行业最为苦恼的问题之一,它直接关系到构件承载能力和使用寿命,钢结构这一领域同样也不例外。为避免钢结构脆断造成的人员伤亡和财产损失,本文主要从应力状态对金属材料的破坏进行了断裂试验和有限元分析。为研究结构钢在三轴应力状态下的断裂机理和抗断设防,分别对不同厚度材质为Q345的缺口板、开孔板、刻痕杆试件进行了常、低温断裂试验和数值模拟分析：常温试验包括10个4mm厚和15个l0mm厚结构钢缺口板试件、10个16mm厚结构钢半椭圆形缺口板试件、10个16mm厚结构钢椭圆形开孔板试件、18个26mm厚结构钢缺口板试件和20个结构钢刻痕杆试件；低温试验包括10个16mm厚结构钢半椭圆形缺口板试件和20个结构钢刻痕杆试件。试验显示：初始裂纹出现在应力较集中的缺口心部或刻痕心部,沿厚度方向贯通后再沿宽度前进直至断裂,试件最终在薄弱截面断裂,断口有大量暗灰色韧窝。随着试件厚度增加,断裂延性降低；改变缺口尺寸,试件缺口或刻痕愈尖锐,开裂延性愈差,较平缓试件,净截面平均开裂强度略高,说明断裂载荷主要取决于缺口或刻痕根部净截面面积,显示了缺口顶端应力场对刻痕根部净截面断裂强度的影响。通过对常温下缺口板、开孔板、刻痕杆和低温下缺口板断裂试验进行基于金属静水应力型广义屈服模型和Mises屈服模型的数值模拟分析,结果显示：裂纹起始于缺口边缘内侧或刻痕心部的三轴强约束区域,裂纹在厚度方向贯通后沿宽度发展。断裂应力场分析表明：建议的金属静水应力型广义屈服模型较Mises屈服模型有更高的精度；同时对基于广义屈服模型下的金属椭球面断裂准则、Hancock等效应变断裂准则、Wierzbicki等效应变断裂准则和第一主应力断裂准则进行对比,结果表明各公式对于预测裂纹初始位置均具有较高的精度,但由于Hancock等效应变断裂准则和Wierzbicki等效应变断裂准则缺乏断裂时等效应变临界值而甚为遗憾,相比之下金属椭球面断裂准则和第一主应力断裂准则给出了断裂临界值故可用于判断断裂位置。由于第一主应力断裂准则是以延性材料为基础而得出的断裂准则,可用于预测延性材料在应力三轴空间中微裂纹的形成及断裂,而椭球面断裂准则是根据三向等拉伸应力状态下高强钢屈服和宏观脆断的重合性,提出的高强钢在应力三轴空间的断裂准则,因此其具有较高的精度和较广的普适性。