混凝土结构中钢筋锈蚀引起的开裂是结构耐久性失效的主要原因之一,其中造成钢筋锈蚀的原因以滨海环境的氯盐侵蚀最为显著。钢筋锈蚀产生的锈蚀产物是其所消耗的铁体积的2～6倍,造成混凝土内部压力过大,导致混凝土开裂直至结构破坏。其中大部分学者采用混凝土环向拉应力达到混凝土极限抗拉强度来判断钢筋混凝土构件表面发生开裂,但基于极限形变对混凝土内部横截面的开裂准则分析较少。虽然已有学者提出了很多钢筋混凝土氯离子腐蚀的模型,但关于混凝土锈胀开裂的各裂缝之间的关系却很少被研究。近年来关注钢筋混凝土锈蚀微观特点的学者较多,但对于不同锈蚀条件后的混凝土锈蚀产物成分的分析存在不足。本文通过实验研究结合理论分析和数值模拟对混凝土内部钢筋非均匀锈蚀的开裂准则、裂缝间距和锈蚀产物成分进行了研究。具体研究内容如下:(1)通过干湿循环加速锈蚀试验对混凝土试件进行加速锈蚀,采用环境电子扫描镜(EMS)和能谱仪(EDS)无损检测的方法测试并定量描述钢筋锈蚀沿混凝土横截面方向的分布情况,讨论了锈蚀后混凝土中的元素含量分布规律,并对比了在不同干湿循环比条件下混凝土锈蚀产物的成分和发展过程。(2)基于角度概率分布数学模型(冯?米塞斯分布模型),建立修正的概率分布函数模型,用来表征锈蚀产物的分布规律,与现有锈蚀分布模型对比,并在此模型的基础上,通过锈蚀产物厚度和混凝土极限径向位移两个参数,提出了混凝土开裂的新开裂准则;还建立了有限元分析模型,将钢筋混凝土锈蚀产物非均匀分布模型作为模型锈胀位移加载依据,模拟钢筋混凝土的锈裂过程,并进行数值分析,得到模拟结果与理论模型结果吻合较好。(3)混凝土开裂回缩受到钢筋与混凝土之间粘结力的约束,混凝土将在远离裂缝一定距离的位置产生第二条裂缝。与现有的裂缝发展规律研究不同,本文基于微分单元的力学平衡关系,建立了混凝土裂缝的力学分析模型。采用力学理论,将混凝土开裂后的力学分析等效为弹塑性力学中微分体的受力简图,由力学平衡关系建立了混凝土裂缝预测模型,并与现有试验及模拟结果对比,验证了氯离子腐蚀下钢筋与混凝土界面裂缝的发展规律。结果表明,该模型能有效地预测裂纹位置,误差小于8%。