纤维增强复合材料(FRP)具有轻质、高强、耐高温、可设计性等一系列优点,日益广泛地应用于土木工程结构的加固和增强。在复杂多样性的土木工程结构服役环境下,FRP材料不可避免地发生退化,导致耐久性问题,并成为FRP结构研究的重要方向。在湿热环境中,FRP材料退化过程中细观组分的变化情况及其与宏观性能的关系尚不明确。运用多尺度方法分析FRP材料细观尺度的性能退化机理,是建立FRP湿热环境下评价方法的重要方法。本文通过不同尺度下的ABAQUS有限元模拟、理论分析计算以及文献数据分析,开展了FRP材料在湿热环境下的性能演化规律与机理的研究。本文的主要研究内容和成果如下:建立了碳纤维增强复合材料(CFRP)细观尺度上的纤维分布模型,揭示了水分子在CFRP材料的细观组分的扩散规律以及对其力学性能的影响关系;发现了树脂基体对吸水过程的决定性作用;建立了纤维分布于材料内部水分和内应力分布的关系;发现了横向拉伸和剪切破坏属于受基体主控的破坏形式,受到湿热环境的影响大。建立了CFRP材料细观界面模型,研究了纤维-树脂界面的特征以及界面对材料性能的影响,确定了界面厚度与其扩散系数的关系;研究表明,界面的比重越大,界面与基体性能的差异性越明显,单独建立界面模型必要性越大;在靠近纤维的吸水过程中,界面的吸水浓度变化率先增加再减小直至平衡,基体则一直减小直至平衡;界面在CFRP材料受横向拉伸和剪切荷载时影响较大。建立了CFRP材料宏观模型,结合理论计算研究了宏观破坏模式以及湿热环境下宏观性能变化与细观尺度的关联关系,发现了湿热环境对材料的横向性能比纵向性能的损伤大,周期短;确定了宏观尺度吸湿模型的吸湿产生内应力的传递方向;CFRP材料在吸湿过程第一阶段主要引起模量的变化,第二阶段基体和界面发生老化和结构损伤,引起材料长期性能的退化;确定了材料吸水过程中宏观性能演化细观组分的关联关系。