钢筋混凝土结构的耐久性问题是土木工程领域关注的重点问题之一。耐久性不足会导致混凝土结构在没有达到使用年限时就提前失效,对这些失效混凝土结构的维修和重建给我国经济带来巨大损失,混凝土结构的耐久性问题是一个当前亟需解决且意义重大的问题。钢筋锈蚀是导致混凝土结构耐久性失效的主要原因。钢筋锈蚀会导致混凝土保护层开裂、钢筋自身力学性能劣化,同时钢筋与混凝土之间的黏结力也会下降,最终降低混凝土结构耐久性,缩短混凝土结构的服役寿命。对于混凝土结构内部钢筋锈蚀状态的实时监测和钢筋锈胀理论的研究,有利于评估混凝土结构的耐久性。本文针对上述问题,从氯离子对混凝土结构侵蚀引起的钢筋锈蚀出发,通过理论分析、实验研究和数值模拟,着眼于钢筋锈蚀后引起的混凝土保护层开裂的锈胀相关理论和对混凝土腐蚀状态的实时监测,为混凝土结构耐久性研究提供一些参考。主要工作有以下几个方面:(1)阐述钢筋锈蚀机理,着重阐述氯离子对钢筋锈蚀的影响。回顾国内外钢筋锈胀相关理论以及光纤光栅腐蚀传感器研究现状。总结光纤光栅腐蚀传感器对混凝土结构腐蚀监测的优点。(2)分析光纤光栅腐蚀传感器原理,讨论光纤光栅波长变化影响因素。基于钢筋锈蚀后体积膨胀原理,推出钢筋锈蚀膨胀后的体积锈蚀率和质量锈蚀率公式。(3)基于弹塑性力学,推导铁锈自由膨胀阶段、混凝土初始开裂时刻、混凝土裂缝扩展阶段的钢筋锈胀力和对应径向位移公式。(4)设计一种自带温补的光纤光栅腐蚀传感器,在不同情况下对钢筋锈蚀状态进行监测。通过监测到的光纤光栅波长变化,得到钢筋锈蚀变化过程。评估光纤光栅腐蚀传感器的性能。优化实验方法和光纤光栅腐蚀传感器。判断光纤光栅腐蚀传感器用于混凝土腐蚀监测的可行性和有效性。(5)通过ANSYS有限元软件对混凝土中钢筋均匀锈蚀进行数值模拟。确定混凝土腐蚀监测的预警点。验证锈胀理论模型和光纤光栅腐蚀传感器的有效性。