钢筋发生锈蚀,其锈蚀产物的体积往往是原来的2-4倍,使周围混凝土受到挤压,随着锈蚀程度的加剧,将导致混凝土保护层受拉而开裂。钢筋混凝土构件一旦开裂,就会加剧钢筋的锈蚀,从而进一步加剧裂缝的扩展甚至保护层剥落,最终导致结构的破坏,严重影响混凝土结构的耐久性,因此研究钢筋锈蚀引起的混凝土保护层开裂过程具有重要的研究意义。本文针对自然环境下钢筋混凝土构件中的钢筋锈蚀往往是非均匀锈蚀的情况,根据混凝土中钢筋锈蚀层的特点,分析得到由于锈蚀产物膨胀导致的角区钢筋和非角区钢筋表面混凝土不等径向位移分布数学表达式,得到了非均匀锈蚀钢筋截面损失率与钢筋表面周围混凝土径向位移之间的定量关系;针对钢筋非均匀锈蚀情况,利用ABAQUS有限元软件,采用对钢筋周围的混凝土施加不均匀锈胀位移的方法模拟钢筋非均匀锈蚀情况下保护层的开裂过程,基于有限元分析结果,总结了混凝土保护层应力分布规律,得到保护层胀裂破坏时临界径向位移的计算公式;以此为基础,推导了钢筋非均匀锈蚀时保护层开裂时钢筋锈蚀率的计算公式。通过试验验证了本文提出的锈蚀率计算公式的合理性;结合有限元分析结果,对影响锈胀开裂的各因素进行了分析,结果表明:提高混凝土强度、增加保护层厚度有助于延缓保护层的开裂;相邻钢筋的存在会使钢筋之间的混凝土出现应力叠加现象。