混凝土结构中钢筋锈蚀是结构耐久性失效的主要原因之一。由于锈蚀产物较原始钢筋体积增加,将对周围混凝土产生锈胀应力,随着锈蚀程度的逐渐提高,锈胀裂缝产生、贯穿混凝土保护层并不断发展直至最终剥落。以往研究多采用均匀锈蚀进行分析,对于非均匀锈蚀导致的混凝土锈胀开裂过程研究较少,而实际混凝土工程中的钢筋锈蚀基本为非均匀锈蚀情况。本文通过实验研究结合理论分析、数值模拟,对混凝土内部钢筋非均匀锈蚀、非均匀锈蚀情况下锈胀开裂、锈胀裂缝形态发展进行了研究。具体研究内容如下:(1)通过改进干湿循环加速锈蚀方法对混凝土梁试件进行加速锈蚀,采用三维扫描方法测试并定量描述钢筋锈蚀沿纵向的分布情况,讨论了横向裂缝、箍筋对纵向钢筋锈蚀的影响;提出了基于高斯分布的纵向非均匀锈蚀分布模型,并对各参数意义进行分析;在此基础上,结合已有钢筋截面非均匀锈蚀模型,提出了混凝土内钢筋三维非均匀锈蚀模型。(2)综合考虑混凝土保护层约束情况及钢筋锈蚀边界条件,利用弹性力学复变函数方法建立非均匀钢筋锈蚀引起的混凝土锈胀开裂理论模型;给出了基于三角多项式逼近的非均匀锈蚀边界条件近似方法;基于该模型实现非均匀锈蚀情况锈胀开裂过程分析,比较均匀锈蚀与非均匀锈蚀差异,并对各影响因素进行讨论。(3)对不同尺寸与配筋情况的混凝土试件进行内部锈胀裂缝开展与分布研究;采用改进通电加速锈蚀方法加速试件劣化,通过切片观测锈蚀后试件内部锈胀裂缝形态,研究了箍筋、保护层厚度、钢筋间距对内部锈胀裂缝开展的影响;还建立了基于粘聚力单元的有限元分析模型,将高斯非均匀分布作为模型锈胀位移加载依据,对试件锈裂过程进行数值分析,模拟结果与试验结果吻合较好。