大型土木结构的损伤演化导致失效的过程是损伤从细观到宏观的跨尺度演化的过程，尤其是在含有细观缺陷的局部细节处已经由于应力集中进入非线性损伤演化甚至可能已发生局部失效时，结构中大多数构件仍在弹线性状态下工作。目前传统的单一尺度结构分析难以正确地描述这样的结构损伤多尺度演化过程，只能在结构分析中忽略结构中局部细节的细观损伤演化过程及其对结构宏观力学响应的影响，给结构损伤分析和全寿命安全评估带来隐患。针对这一分析需求，进行结构损伤多尺度计算将是保证准确计算的同时能够最大限度降低计算代价的一个有效途径。本文的研究目标是建立结构损伤多尺度分析理论、算法并应用于大型土木设施结构分析。应用连续损伤力学理论，探讨了结构损伤嵌套多尺度问题中的尺度分离描述，提出了结构损伤空间一致多尺度问题描述和分析方法;通过软件二次开发将结构损伤多尺度计算方法引入大型商用有限元软件ABAQUS，为复杂结构的多尺度数值模拟和计算奠定了基础。完成的主要工作有:　　1.给出了结构损伤多尺度问题中在宏、细观尺度分别建模情况下的力学描述，建立了考虑细观损伤的结构双尺度分析模型。推导了考虑细观损伤的宏—细观双尺度渐近展开形式，得到了细观初始损伤情况下的宏观等效应力、均匀化刚度的表达式，将双尺度渐近分析方法与有限元等数值方法相结合，给出了该方法数值实现的计算步骤和计算流程。　　2.通过对一致多尺度方法的分析，提出了结构损伤空间一致多尺度问题描述，分析了结构损伤分析中的宏观尺度下结构响应模型和细观尺度下材料损伤模型，根据结构损伤在宏、细观尺度下的不同特征建立结构一致多尺度模型，并通过多点约束法进行跨尺度关联，实现了结构整体线弹性响应分析和局部细节易损部位的细观层次上弹塑性损伤分析的并发计算。　　3.利用用户子程序接口UMAT和基于Python的ABAQUS脚本接口将串行嵌套多尺度方法引入大型商用有限元软件ABAQUS，从而实现了基于ABAQUS软件二次开发的结构损伤嵌套多尺度分析。另一方面，通过研究结构损伤一致多尺度问题跨尺度衔接的特点，给出了结构一致多尺度损伤分析的具体实施过程及计算流程。从而在现有有限元软件ABAQUS基础上建立了结构损伤多尺度的计算体系，提高了多尺度分析的效率和稳定性，为复杂结构的多尺度数值模拟奠定了基础。　　4.通过改变细观RVE模型参数、分析了不同细观参数对结构（材料）宏观等效刚度系数以及损伤演化过程的影响，进一步了解了这些细观不连续性对宏观响应的影响。针对常规均匀化多尺度方法在处理细观软化带、微裂纹问题有较强网格敏感性问题，讨论了对于细观结构材料软化后的处理策略，通过采用破坏区域平均化处理使得均匀化多尺度方法能够应用于处理细观软化带、微裂纹产生及其演化问题，并详细介绍了粘聚力交界面破坏模型及以此为基础的宏细观双尺度断裂模型，将嵌套多尺度方法应用于不连续力学问题（如断裂问题）。　　5.将串行嵌套式和一致多尺度分析的两种多尺度方法应用于土木工程中的典型结构，对结构进行损伤多尺度演化过程分析。计算结果表明:所建立的多尺度分析模型能够综合考虑结构不同尺度上的响应与损伤特征、通过整体结构名义应力的线性分析与易损部位的非线性损伤分析的同步计算来满足结构损伤失效过程的跨尺度分析需求;通过考虑结构中含缺陷的局部细节部位的细观损伤描述和建立结构损伤多尺度分析模型，可对结构实现跨细、宏观尺度的应力、应变、损伤等力学量的同时获取，从而能够同时获得结构局部的细观损伤状态、演化过程及其对结构宏观应力应变响应与失效的影响;嵌套多尺度分析方法能够较好地处理宏、细观特征尺度比较大的多尺度问题，且能考虑细观强不连续问题（如断裂问题），而一致多尺度分析方法能够很好的处理结构中的跨维度问题，且计算效率较高;结构中易损部位（如钢桁架结构的杆件交汇焊接节点处）的细观缺陷在载荷和应力集中的作用下发生的塑性损伤非线性演化过程会显著影响到桁架结构中与易损节点相连的杆件的承载能力;对这类结构进行损伤多尺度并发计算将有助于对结构损伤跨尺度演化导致失效的行为的准确认识和对结构服役全过程中真实劣化程度的准确描述。