随着我国现代化的发展,基础设施的建设已成为当今社会发展的重点。众所周知,目前的建设项目主要采用钢筋混凝土结构,其设计方法除传统的强度,刚度等机械性能指标设计外,还考虑了耐久性设计,寿命经济性。一般来说,耐久性能是材料在使用期间内维持工作能力的重要体现,如材料的抗冻性,抗渗性,抗化学侵蚀性,抗碳化性,耐候性,大气稳定性能力等。其中影响尤为恶劣的便是硫酸盐和氯盐对大量建筑的腐蚀,使结构丧失耐久性,从而改变了结构的安全性能。因此,对混凝土中氯离子和硫酸根离子扩散侵蚀规律以及混凝土腐蚀损伤后的多因素环境耦合作用下结构性能的研究对实际工程耐久性应用能带来许多帮助。本文基于CA原理模拟了混凝土内氯离子和硫酸根离子传输过程,并开展了自然浸泡环境下混凝土三维氯离子扩散试验,还对持续荷载及硫酸根离子耦合作用下混凝土结构损伤进行研究,内容如下:1、本文建立了一种基于元胞自动机原理(Cellular Automat,简称CA)的氯离子二维扩散CA模型。为了验证本文CA模型的有效性,本文首先假定混凝土中氯离子扩散为各向同性,使用CA模型从理论上直接导出了混凝土中基于Fick第二定律的氯离子二维扩散方程;其次,利用Matlab语言编制了氯离子扩散CA模型程序,用来模拟混凝土中氯离子扩散过程;最后,基于2种不同国外试验背景,下分别给出了CA模型的模拟结果。氯离子浓度模拟结果和相应的近海混凝土结构和实验室混凝土试件试验数据对比表明:本文提出的模型具有较高的精度,是有效的和可行的。该模型数学推导简单,使用方便,易于推广,为分析复杂腐蚀环境下钢筋混凝土结构耐久性提供了一条新的途径。2、进行了混凝土自然浸泡环境下氯离子的三维扩散试验,得到同一介质溶液浸泡中同一深度处混凝土内氯离子扩散分布浓度随浸泡时间的增加而变大;在浸泡相同时间时混凝土内Cl~-的浓度随浸泡介质浓度的提高而增大,相同深度处各个介质溶液下混凝土内Cl~-浓度都呈现随着距混凝土表面的距离的延长而降低的规律。3、本文基于CA原理建立的考虑时空变异性,边界条件、水灰比等因素影响下的混凝土三维氯离子传输CA模型,并得到自然浸泡条件下,标准棱柱体试块(尺寸300mm×150mm×150mm)在海洋环境下浸泡8.2年内部氯离子扩散完全。该模型能有效模拟氯离子在混凝土内三维方向扩散,解决了混凝土内部非线性扩散拟合难题,且方法简单,易于操作,能适应实际工程中的应用,对钢筋初蚀时间的判定更为准确,三维CA模型有效准确且可行,有利于对实际工程应用中耐久性能退化过程计算机仿真的实现。4、本文基于CA原理及有限元划分分别建立了圆截面和矩形截面受蚀混凝土损伤计算模型,应用该模型对荷载及腐蚀耦合作用下损伤后后的钢筋混凝土结构性能进行研究,并结合试验数据进一步计算证明该模型是合理的、可行的,为实际工程中受到离子腐蚀及持续应力等多因素同时对结构造成损伤的结构提供有效研究方法,且有助于对结构的寿命预测。