钢筋混凝土的耐久性失效会造成巨大的损失,钢筋锈蚀是引起混凝土耐久性失效的最主要原因,引起钢筋锈蚀的各种原因中,最普遍、最严重的原因是氯化物侵蚀引起的锈蚀。当环境中的氯离子通过混凝土自身裂缝到达钢筋表面与铁发生反应,产生锈蚀产物并继续堆积膨胀引起混凝土保护层开裂,开裂又加剧了氯离子的渗透侵蚀,产生恶性循环。因此,研究氯盐侵蚀下的钢筋混凝土锈裂过程有着重大的现实意义。本文结合已有的研究成果,采用数值模拟的研究方法,从不同层面研究了钢筋混凝土在钢筋锈蚀后引起混凝土保护层锈胀开裂的过程。主要的研究内容如下:(1)在细观层面上对钢筋混凝土锈胀开裂的过程进行了模拟。混凝土在细观层面上是一种由骨料、砂浆以及连接两者之间界面过渡区组成的有复杂力学性质的非均匀准脆性材料。为表现其细观特性,本文根据蒙特卡罗法利用MATLAB软件编写代码生成随机骨料模型,导入有限元软件中建立混凝土细观模型。基于ABAQUS软件中的脆性开裂模型模拟了钢筋混凝土的锈裂过程。结果显示脆性开裂模型可以模拟生成真实的裂缝图,较为直观的显示锈胀裂缝的产生、扩展情况,更加真实的反映钢筋混凝土的锈裂行为。钢筋混凝土锈胀开裂演化的过程中,裂缝起裂位置垂直于最大位移加载方向,在最接近界面层的位置首先产生裂缝,并通过脆弱的界面层绕过骨料,向保护层边缘扩展,最终贯通保护层。(2)在宏观层面上模拟了氯盐环境与静力荷载耦合作用下钢筋混凝土梁的锈裂情况。模拟基于ABAQUS的混凝土塑性损伤模型,利用温度场使钢筋膨胀模拟锈胀力,同时同步施加静力荷载,模拟了静力荷载-锈胀力耦合情况下钢筋混凝土的锈胀过程。得出如下结论:静力荷载-锈胀荷载耦合引起的损伤要远大于锈胀荷载引起的损伤。单纯锈胀荷载引起的损伤并不大,但耦合引起的损伤就会急剧增加,与实际情况比较相符;静力荷载和锈胀力引起的耦合损伤在钢筋下侧更为严重,钢筋更容易锈蚀,锈胀裂纹更容易向下扩展,产生横向裂缝且主要集中在受拉区,引起混凝土保护层开裂。与试验结果比较一致。(3)在宏观层面上同时进行了氯盐环境与疲劳荷载耦合作用下钢筋混凝土梁的锈裂情况模拟。模拟同样采用温度荷载模拟锈胀荷载,同时同步施加疲劳荷载,模拟锈胀荷载与疲劳荷载耦合情况下钢筋混凝土梁的锈裂情况。模拟结果显示:耦合损伤在跨中部位更为严重,有着自下而上、自跨中到两边的传播趋势。由于荷载以疲劳的方式进行加载,因此损伤发展相较于静力耦合发展的更为快速,梁体的损伤情况也更为严重,在产生初始损伤后,很快整个梁体就已经完全损伤;耦合作用的效果也十分显著,相比单独锈胀荷载的施加,耦合作用引起的损伤要更为严重。在两种不同工况选,梁体跨中钢筋下侧混凝土最终损伤分别增加了76%和100%,可见这种模拟方法可用于疲劳耦合的模拟,具有一定的实用价值。