钢筋局部布置拥挤或混凝土构件意外超载时,会使混凝土构件局部发生塑性损伤出现肉眼可见的不可恢复裂缝。混凝土构件局部开裂是工程中常见现象,各国钢筋混凝土结构设计规范对于一般性建筑物允许混凝土构件带裂缝工作。然而,以往针对混凝土力学性能的研究多数未充分考虑裂缝开展情况,混凝土局部开裂对其力学性能的影响尚未形成清晰统一的认识。因此,研究混凝土开裂后的裂缝形态及其力学性能,并尝试建立裂缝形态和力学性能之间的定量关系,对钢筋混凝土性能评估与结构设计具有重要的理论意义和科学实用价值。利用室内试验和数值模拟等研究手段,旨在探讨混凝土局部开裂后其力学性能随表面裂缝宽度扩展的损失规律。通过开展室内试验对水泥砂浆和骨料材料参数以及两者之间的界面参数(I型断裂能和抗拉强度)进行测试,建立水泥砂浆-骨料界面参数计算模型。最终建立混凝土平均裂缝宽度和力学指标损失率之间的函数关系。主要研究工作包括:(1)基于ABAQUS-PYTHON联合仿真,设计了一套开裂混凝土仿真分析方法。数值仿真研究中,建立混凝土三相随机骨料模型,除骨料外全局插入cohesive单元模拟混凝土在单轴受拉下的随机开裂特征,提取特定裂缝宽度下的混凝土开裂模型,并进一步地分析其单轴拉伸压缩力学性能。(2)建立水泥砂浆-骨料界面参数计算模型。分别对3种配合比水泥砂浆和2种石材以及它们之间的粘结界面的I型断裂能和抗拉强度进行测试,将水泥砂浆断裂能(或强度)设为自变量,界面断裂能(或强度)设为因变量,进行非线性拟合,建立具有普适性的水泥砂浆-骨料界面参数模型。(3)建立局部开裂混凝土拉压力作用下数值分析模型。分别对平均裂缝宽度为0mm、0.1mm、0.3mm、0.5mm、1mm和2mm下的混凝土模型试件施加轴向拉力或压力,分析开裂混凝土试件抗拉、压强度损失率随裂缝宽度增加的演变规律。研究表明:混凝土裂缝宽度控制在0.3mm以内时,弹性模量和强度基本上不发生变化;随着裂缝宽度的持续增加,极限强度不断减小,但弹性模量不发生变化。本文的研究为钢筋混凝土构件因局部开裂而导致的力学性能损失提供了细观模拟分析方法,为钢筋混凝土构件局部开裂力学性能分析提供了基于最大裂缝宽度的新模型,对钢筋混凝土性能评估和结构设计具有一定的指导意义。