混凝土作为当今最热门的建筑工程材料,被广泛运用于各种复杂的结构中,如大坝、海上桩基、公路等。在这些结构内,混凝土长期承受冲击、盐蚀、行车等疲劳荷载的作用。开展混凝土疲劳行为的研究有助于在结构设计中充分考虑结构使用场景,提高混凝土结构的安全性。现阶段,国内外学者对混凝土疲劳行为的研究主要是从宏观的角度分析弯曲、压缩两种荷载情况下力学性质的变化。但实际上,混凝土的拉伸性能远低于压缩性能,且从细观角度来讲,混凝土的细观多相结构、材料的非均质性以及自身水化过程中的缺陷均有可能影响混凝土的疲劳行为、宏观力学性质。本文以连续离散耦合分析方法为基础,在界面单元中引入疲劳模型,采用多学科交叉的研究手段,分析不同条件下混凝土疲劳拉伸破坏时的微裂纹分布规律和宏观裂纹的发展,探讨细观多相性对混凝土疲劳行为的影响。为确定加载频率和疲劳模型的参数,本文采用前人数值试验的材料参数,进行了加载频率和疲劳模型参数的敏感性分析。考虑到试验精度和计算成本确定了最佳加载频率。基于疲劳模型参数的敏感性分析,结合物理试验的结果,以疲劳寿命为依据选取了适用于本文数值模型的疲劳模型参数值。首先对基础数值试件进行了疲劳拉伸试验,从疲劳寿命、微裂纹形态和微裂纹数量变化等方面分析了不同应力水平下混凝土疲劳拉伸行为的变化规律,发现:随着应力水平的提高,混凝土试件的疲劳寿命降低,同时混凝土试件破坏时内部的微裂纹数量增多。考虑到细观尺度下,混凝土骨料的粒径相对于试件尺寸不可忽略,将基础试件的尺寸分别扩大1.5倍和2倍,研究了尺寸效应对混凝土疲劳行为的影响规律,研究结果表明:混凝土的拉伸疲劳寿命会随试件尺寸的增加而降低。细观尺度上,混凝土由水泥砂浆、骨料和两者之间的界面过渡区(ITZ)组成。为研究材料的非均质性对混凝土疲劳行为的影响,分别改变ITZ和水泥砂浆区域界面单元的断裂强度,并进行了疲劳拉伸试验。试验结果表明:随着ITZ区域界面单元断裂强度的增加,混凝土的疲劳寿命增加,试件疲劳破坏时微裂纹分布区域更加宽泛,混凝土内的微裂纹总量和ITZ微裂纹比率都有所下降;砂浆界面单元断裂强度的增加,疲劳寿命随之减小,疲劳破坏时混凝土试件的微裂纹总量增加,ITZ区域微裂纹比率也在增加。研究了不同ITZ界面单元断裂强度与水泥砂浆界面单元断裂强度比值的情况下混凝土试件疲劳破坏时的微裂纹总量,研究结果表明:ITZ界面单元与水泥砂浆界面单元的断裂强度越接近(即比值越大),混凝土试件疲劳破坏时的微裂纹总量就越少。可见,在混凝土的疲劳行为中,ITZ区域界面单元的力学性能占主导作用。为研究混凝土细观结构对自身疲劳拉伸行为的影响,考虑了骨料形状、孔隙和骨料分布三种因素,设计了不同应力水平下的疲劳拉伸试验。研究结果表明:多边形骨料的疲劳性能要弱于圆形骨料的混凝土试件;孔隙的分布对疲劳寿命的影响十分显著,微裂纹的形态和宏观裂纹的位置会孔隙分布的变化发生显著变化;骨料的分布会影响混凝土疲劳破坏时微裂纹和宏观裂纹的分布。从整体上来看,混凝土试件疲劳破坏时的宏观裂纹更易沿着粒径较大的骨料发展。