钢筋锈蚀引发的混凝土保护层开裂一直是混凝土结构耐久性研究的重点和难点,钢筋锈蚀导致结构破坏往往开始于保护层的胀裂剥落,因此研究保护层锈胀开裂机理及其影响因素可以为混凝土结构的耐久性设计、可靠性分析和寿命评估提供条件,具有十分重要的意义。本文基于COMSOL和ABAQUS有限元软件,提出了一个二维的扩散-力学模型来模拟钢筋非均匀锈蚀和混凝土开裂的全过程,具体研究内容包括:（1）针对单根钢筋均匀锈蚀和非均匀锈蚀两种情况,首先从理论上分析了锈胀应力的变化规律;然后建立中部钢筋和角部钢筋模型,对比了两种锈蚀情况下的锈胀压力分布、开裂模式、临界锈蚀率和裂缝宽度,并探讨了保护层厚度和钢筋直径比值对混凝土开裂的影响。（2）建立多根钢筋锈蚀的混凝土开裂数值模型,重点讨论了钢筋间距、保护层厚度和钢筋直径对开裂模式、开裂时间、钢筋锈蚀率和裂缝宽度的影响,而且分析了配筋率相近的不同钢筋组合对同一混凝土梁耐久性的影响。（3）基于表面裂缝宽度和氯离子扩散系数之间的关系,建立开裂混凝土中的氯离子扩散模型,并将考虑锈胀裂缝和不考虑锈胀裂缝的两种数值结果进行了对比,揭示了氯离子侵蚀和保护层开裂之间的劣化循环过程。研究结果表明:单根钢筋均匀锈蚀和非均匀锈蚀导致的锈胀压力和开裂模式都相差比较大,而且非均匀锈蚀下的钢筋临界锈蚀率较小,保护层表面开裂也较早,表面裂缝宽度明显更大。对于多根钢筋的混凝土锈裂模型,钢筋间距越大,裂缝出现和贯通时间越长,表面裂缝宽度也会更小;增加钢筋直径不会影响开裂模式,会缩短裂缝出现和贯通时间,并增大表面裂缝宽度,但是相应的钢筋锈蚀率会较小;根数少且直径大的钢筋组合不仅可以延缓侧面裂缝和水平裂缝的出现和贯通时间,而且对减少表面裂缝宽度和钢筋锈蚀率更有利。受保护层表面锈胀开裂的影响,氯离子在开裂混凝土中扩散加快,远离保护层一侧的钢筋半圆周上锈蚀层提前累积,内部水平裂缝贯通时间也会有所缩短;无论对于中部钢筋还是角部钢筋,考虑表面裂缝影响后钢筋锈蚀率明显增大。