钢-混凝土组合结构桥梁可以充分利用钢梁和混凝土的性能,兼具钢和混凝土结构的优点,作为一种新的桥梁结构形式具有巨大应用前景。已有的应用经验表明,环境中的腐蚀介质侵入会引起组合结构耐久性退化,从而导致结构承载力降低。氯离子在混凝土中扩散会导致混凝土中的钢材表面脱钝,引起钢材锈蚀。对于组合结构而言,氯离子会引起剪力钉锈蚀,而对在役组合结构桥梁进行剪力钉锈蚀检测十分困难。因此,建立组合结构桥梁中剪力钉的锈蚀过程模拟方法,提供锈蚀作用下的时变剪力钉承载力曲线,对组合结构耐久性设计尤为重要。本文通过将混凝土内的氯离子扩散与剪力钉锈蚀的电化学反应耦合分析,考虑骨料的影响,研究氯离子作用下的剪力钉锈蚀形态和承载力退化规律。本文主要研究内容如下:1.以氯离子与氢氧根比值作为脱钝阈值,建立氯离子扩散和钢材锈蚀的耦合分析方法。基于FICK第二定律和Butler–Volmer方程建立混凝土中物质传输和电化学反应的定量模拟方法。考虑混凝土初始PH值和氢氧根在电场作用下的迁移以反应实际锈蚀过程中钢筋表面的脱钝规律。通过设置规则骨料,研究骨料对混凝土中氯离子分布和钢筋脱钝的位置影响。参考暴露大气环境中的钢材锈蚀规律,引入微电池反应作为钢材锈蚀宏电池反应的补充,并通过氧气传输和消耗计算控制微电池反应的锈蚀速率。计算得到了混凝土内钢筋锈蚀形态和累计锈蚀量结果。2.采用氯离子扩散和钢材锈蚀的耦合计算方法,对钢-混凝土组合梁中的剪力钉锈蚀过程进行模拟。通过分析钢-混凝土组合梁结构特点,设定两种氯离子暴露面,并对混凝土区域投放随机圆形骨料,计算得到剪力钉的不均匀锈蚀形态。当混凝土底板为暴露面时,剪力钉锈蚀位置在整体上从根部向顶部,从面对暴露面向背部发展,表现为下深上浅,且截面近似为椭圆形。当混凝土顶板为暴露面时,剪力钉锈蚀位置在整体上从顶部像根部发展,钉头一定范围内锈蚀发展较慢,表现为上下浅,中间深,且截面为圆形。在局部范围内,由于骨料对氯离子扩散的阻碍作用,导致局部范围滞后达到脱钝阈值,形成了局部的不均匀锈蚀。3.通过设置纵向控制截面,以截面积等效的方法,对不均匀锈蚀的剪力钉简化处理。利用推出实验的有限元数值模拟,计算得到两种氯离子暴露面下的剪力钉在不同锈蚀时刻的力学性能,从而得到两种剪力钉随时间变化的力学性能退化曲线。