在我国东北、华北和西北地区的水利大坝,尤其是东北严寒地区的混凝土结构物,几乎100%的工程局部或大面积地遭受不同程度的冻融破坏,冻胀开裂使混凝土结构的弹性模量、抗压强度、抗拉强度等力学性能严重下降,采用普通混凝土的部分结构,经十几年的运行就被冻融破坏以至不能发挥作用。通常情况下的预应力混凝土结构如吊车梁、公路及铁路桥梁除了承受复杂多变的自然环境外,还经常承受重复荷载的作用,极有可能会发生低于静载强度的脆性破坏。近年来,后张拉预应力混凝土在结构工程中已经普遍应用,然而特别在大尺寸的结构中,其复杂情况下的疲劳性能却相对较少地被研究。本文结合国家自然科学基金项目,通过试验来研究分析冻融循环次数和张拉预应力对预应力混凝土梁构件疲劳性能的影响,具体工作如下:1.通过分析室内试验数据,本论文运用疲劳可靠度理论、统计学、损伤力学、概率论等部分理论与方法,结合国内外对混凝土抗冻性能的一系列研究为基础,通过对相对动弹性模量变化的分析,探讨施加不同预应力、不同强度混凝土对构件本身抗冻融性能的影响;2.系统评价了冻融损伤下预应力结构的疲劳工作状况与性能指标;3.以统计学的角度剖析了预应力结构冻融损伤系数及不同冻融时段的发展情况;4.从现有数据及资料出发,运用结构可靠度分析方法,初步建立了预应力结构冻融损伤后疲劳寿命可靠度预测模型,并提出了与实际工程所适应的可靠度建议计算公式。本文首先分析了预应力混凝土结构耐久性失效的特点,介绍了国内外关于混凝土结构耐久性研究以及相关腐蚀的研究的概况,随后阐述了开展预应力结构耐久性研究的重要性和意义,并列出了本文的主要研究工作。研究认为,预应力水平和冻融循环次数对预应力混凝土结构的疲劳性能影响均比较明显,本试验未出现其他文献提出的相对动弹模大幅度下降,可能是由于冻融次数少导致其损伤不是太大和混凝土强度比较高,其在水中继续硬化的强度大于冻融的强度损失,而由于外界预压应力的存在,也进一步延缓了这些裂缝的开展。预应力混凝土结构疲劳过程中的相对动弹性模量衰减大致呈2～3阶段的变化,第一阶段为迅速增长阶段;第二个阶段为稳定发展阶段,约占整个试验寿命的80%左右;第三阶段为有微预见性的瞬间破坏阶段。其中第二个阶段相对动弹性模量随疲劳循环次数变化存在线性关系。通过冻融试验所测的动弹模数据,可以清楚看出较低冻融次数不能对预应力结构产生明显的损伤。从所得影响系数模型,可以看出影响系数与冻融次数和预应度之间呈幂函数关系,并可计算出构件在冻融T次后所对应可靠度的结构剩余疲劳寿命。可以发现并大胆地猜测一定范围外的高预应力构件,反而比预应力度低的构件更容易受到冻融影响。预应力结构在低次数冻融后的疲劳相对于高次数冻融情况而言,其可靠度变化规律并不明显,因为预应力和高性能混凝土的使用,低冻融次数对结构可靠度影响并不大;但是若构件承受冻融次数比较高,则表现出比较明显的三阶段曲线关系。本文的试验、理论成果为研究复杂环境下的预应力混凝土结构损伤机理,改进预应力混凝土结构耐久性设计等方面,提供了科学的依据和设计方法,具有重要的理论价值和实际意义。