现代预应力混凝土结构是我国土木、水利和交通工程中应用最为广泛和最具潜力的一种结构。在长期侵蚀环境作用下,该结构会出现内部损伤甚至承载性能退化等耐久性问题。工程中一些预应力混凝土结构,如铁路桥梁和公路桥梁、吊车梁、海洋平台等,除了承受静载作用外,还要经常承受重复循环荷载等的作用。随着这些承受重复荷载作用的结构以及高强混凝土、高强度钢筋的广泛应用,许多结构处在高应力幅状态下工作,使得预应力混凝土结构的疲劳成为一个不可忽视的问题。由于国内外的预应力混凝土结构应用历史尚短,系统的抗冻性研究较少,对于冻融侵蚀环境作用下的预应力混凝土结构的疲劳性能研究就更少见了。因此研究预应力混凝土结构在冻融侵蚀环境作用下的疲劳性能,具有十分重要的理论意义和应用价值。本文结合国家自然科学基金项目,在总结前人研究的基础上,设计制作了普通混凝土梁及两种不同预应力水平下的预应力混凝土梁,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、选取了预应力混凝土框架中常用的单侧配置预应力筋的混凝土梁作为研究对象,设计制作了普通混凝土梁及两种不同张拉预应力水平下的15根预应力混凝土梁构件,在构件进行有限次冻融循环后进行疲劳试验;2、通过试验分析研究了不同预应力水平下混凝土构件在经过不同冻融循环次数后,在重复荷载作用下构件的损伤机理;3、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,探讨施加预应力对混凝土本身抗冻融性能的影响;4、研究预应力混凝土梁在冻融侵蚀作用后的疲劳性能,通过对梁相对动弹模下降和受拉区钢筋应变变化的对比分析,探讨了预应力水平和冻融循环次数对混凝土梁疲劳性能的影响。研究结果表明: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。随着冻融循环次数的增加,预应力混凝土结构的疲劳性能呈明显的下降趋势。预应力水平高的梁在相同冻融循环次数下相对动弹性模量大,这表明预应力的存在对混凝土结构抗疲劳性能的提高是有显著作用的;预应力混凝土结构在疲劳循环过程中的相对动弹性模量的衰减可以较好的反映结构损伤的劣化程度。预应力混凝土结构疲劳过程中的相对动弹性模量衰减呈两阶段的变化,第二个阶段约占整个试验寿命的90%左右,这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。文中利用试验测得相对动弹性模量的衰减来定义损伤变量,提出一种通过少量的疲劳试验来确定相对动弹性模量的衰减速度,从而预测梁的疲劳寿命的新方法;混凝土结构在经历一定冻融循环次数后,等效于先进行了一级疲劳加载,在混凝土结构内部形成了初始的损伤。因此,混凝土结构在冻融循环条件下的疲劳损伤就可以等效为混凝土结构在两级疲劳加载下的损伤。本文利用混凝土两级加载疲劳理论,研究了冻融循环作用下的疲劳累积损伤规律,引入冻融损伤因子k_n来表征冻融损伤的影响,利用试验测得的相对动弹性模量的衰减来定义损伤变量,建立了相应的损伤模型。本文的研究成果为预应力混凝土结构损伤机理和改进预应力混凝土结构耐久性设计等方面的研究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。