混凝土结构常处于温度不断变化的环境中,在温差荷载作用下,因混凝土各相组成的导热性能及热膨胀性能不同而产生温度应力,此过程的反复作用会引起混凝土损伤的积累,使其出现开裂和剥落等现象,不可避免地对混凝土的耐久性产生影响。本研究基于物理试验,探究了循环温差作用下不同强度等级、不同循环温差和不同温差循环次数对混凝土宏观力学性能和微观孔隙结构的影响规律,建立了以超声波速为损伤变量的热疲劳损伤模型。基于随机骨料模型,建立了二维三相混凝土数值模型,对混凝土进行细观热疲劳损伤模拟分析及验证,进一步探讨不同细观组成对混凝土热疲劳损伤的影响规律。最后对不同工况下的混凝土矩形渡槽进行热疲劳损伤模拟分析,研究循环温差对其安全性影响规律。本文研究为混凝土性能的调控以及薄壁混凝土结构在自然温差循环下的安全度评价、安全维护具有重要指导意义。论文主要工作及结论有:（1）保持环境湿度不变,在20℃、30℃、40℃的循环温差作用下,对C25和C40两种强度等级的混凝土开展热疲劳损伤物理试验,测定其抗压强度、劈裂抗拉强度等宏观力学性能。结果表明:随循环温差的增大和温差循环次数的增加,混凝土强度下降明显;相对抗压强度和相对劈裂抗拉强度随温差循环次数的增大而减小,其减小的过程呈先缓后快再缓的趋势;C40混凝土的相对强度下降幅度大于C25混凝土,且劈裂抗拉强度较抗压强度对循环温差作用更敏感。（2）通过超声波无损检测技术测定混凝土在温差循环过程中的超声波速。结果表明,同龄期对照组试件的超声波速呈上升趋势;循环温差作用下,混凝土的超声波速呈下降趋势;同一强度混凝土,循环温差越大、温差循环次数越多,其超声波速下降越多,即内部裂隙缺陷出现越多;C40混凝土的初始超声波速大于C25混凝土,且下降幅度更为显著,与宏观力学性能相对应;基于超声波速构造损伤,建立循环温差作用下混凝土的热疲劳损伤模型,为后续数值模拟结果的验证提供依据。（3）通过压汞法测定混凝土在温差循环过程中的孔隙率和孔径分布,从微观层面阐释了循环温差作用下混凝土强度劣化的内在原因。结果表明,同一循环温差作用下,C25混凝土的孔隙率、孔隙总体积、平均孔径、中值孔径和最可几孔径均随温差循环次数的增多而增大,而孔隙总面积减小,孔径分布曲线向大孔偏移,小孔含量减少而大孔含量增加;与C25混凝土相比,C40混凝土的孔隙率较小而孔隙率相对变化更大,表明强度等级高的混凝土更加致密且更易受热疲劳劣化作用影响;循环温差作用下,混凝土的微观孔隙结构表现出粗化的特征且呈劣化的趋势。（4）基于随机骨料模型,生成了二维三相混凝土细观模型。将骨料视为弹性材料,采用混凝土损伤塑性模型来描述砂浆和界面过渡区的力学性能,对混凝土进行温度场、单轴抗拉和抗压损伤破坏以及热疲劳损伤模拟分析。从细观层面揭示混凝土热疲劳损伤的内在机理,通过模拟结果与试验结果的对比,验证了模拟方法的正确性。基于正交试验,探讨各细观组分对混凝土热疲劳损伤的影响规律。结果表明,骨料含量对混凝土热疲劳损伤的影响最大,界面过渡区厚度的影响相对较小,骨料级配也有一定的影响;在一定范围内,热疲劳损伤与骨料含量和骨料最大粒径呈负相关关系,与界面过渡区厚度呈正相关关系,骨料级配越好,损伤越小。（5）基于混凝土渡槽有限元模型,对不同工况（夏/冬季通水、夏/冬季无水）下的矩形渡槽进行温度场、应力场、位移场以及热疲劳损伤模拟分析。结果表明,矩形渡槽的竖向温差大于横向温差,渡槽存在着不均匀的温度梯度;渡槽的竖向应力大于横向应力,夏季的应力值大于冬季,夏季和冬季工况下的拉应力分别在渡槽内表面和外表面;温度作用下,夏季16时渡槽整体向外膨胀变形,冬季8时向内收缩,渡槽南侧的位移大于北侧;与仅在温度作用时相比,温度与自重、水压共同作用下,夏季时渡槽顶板、底板中心位置的竖向位移均减小（即相互抵消）,冬季与之相反（即相互叠加）。在温度循环作用下,夏季和冬季的损伤分别主要分布在顶板内壁和底板外壁的中间部位。经28d循环温差作用,夏季和冬季的损伤值差别不大,但冬季产生的损伤主要分布在底板跨中外侧,故对渡槽的运行安全更为不利。