混凝土的温度和湿度问题贯穿其整个服役期间。一方面,当混凝土处于变温环境时,结构除了承受外荷载的作用,还在很大程度上受到温度应力的影响作用;另一方面,当混凝土的湿度高于外界环境的湿度时,其中蕴含的水份则会向外界环境扩散,造成水份的损失,进而产生干缩效应。混凝土结构的应力状态受温度和湿度变化的影响显著,而且往往导致威胁结构完整性和稳定性的裂缝。因此,混凝土中温湿型裂缝发生发展过程的研究有助于了解裂纹扩展的内在机理,为工程施工提供必要的指导作用。到目前为止,混凝土温湿扩散特性研究的数值模型大多是基于材料在宏观层次均匀性假设基础上发展起来的,通过将实验室尺度的试验结果作为输入参数进而对更大尺度宏观结构温湿扩散特性进行分析。这种简化在研究混凝土结构稳定性的数值分析时是非常必要的,但难以研究混凝土材料在温湿变化条件下的裂纹萌生、扩展及贯通的整个断裂过程。目前,国际上有关混凝土材料性能的研究更倾向于从细观角度出发,建立能反映混凝土内部状态随外界环境而变化的数值模型。尽管如此,混凝土温湿扩散特性分析的细观数值模型还相对欠缺,尤其是温湿型裂缝萌生、扩展和贯通整个过程的研究更是少见。因此,本文从混凝土的细观结构入手,应用统计分布方法、传热传质理论以及损伤力学原理建立了混凝土温度-应力-损伤耦合以及湿度-应力-损伤耦合作用数值模型,并通过RFPA分析系统实现。本文主要的研究内容如下:(1)从混凝土的细观结构出发,假设混凝土是由砂浆基质、骨料颗粒以及两者之间的粘结带组成的三相复合材料,针对其中的每一相材料均采用Weibull统计分布方法进行其细观非均匀特性的表征。在此基础上,结合现有的温湿扩散相关理论,建立了混凝土的温度、湿度和应力之间相互作用的理论模型,并对模型中各参数之间的联系进行了探讨和标定,为后续的研究工作提供参考依据。(2)探讨了细观单元的损伤与温湿扩散过程之间的相互影响关系。在此基础上,运用有限元和有限差分方法建立了能研究混凝土类非均匀材料渐进破坏过程的温度、湿度和应力之间相互作用的数值模型。为了加快计算的速度和效率,二维数值模型采用基于多核PC机的并行计算技术,而三维数值模型则采用基于MPI的局域网并行计算技术。(3)运用数值模型进行了混凝土在细观层次上的温度传导特性分析,并通过宏观平均热学性能与细观热学特性的对比分析,探讨了损伤对混凝土热传导性能的影响;通过对热膨胀性能存在差异的试样内温度裂缝扩展过程的分析,揭示了混凝土的非均匀特性对其力学性能的影响;此外,文中还对温度裂缝与其它形式裂缝开裂过程的不同,以及水工结构工程中的温度探漏方法的原理进行了探讨。(4)运用数值模型分析了湿度、温度、骨料等参数对混凝土湿度扩散特性的影响作用;通过研究细观非均匀性对砂浆和混凝土湿度扩散性能造成的影响作用,建立了宏细观之间的联系;研究了裂缝和裂缝深度对湿度扩散的影响作用,进而探讨了湿度裂缝的萌生、扩展和贯通全过程的湿度扩散特性;最后,通过湿度的变化引起混凝土表面裂纹萌生和扩展过程的数值模拟分析,探讨了混凝土结构在湿度多变环境中的失效机制。(5)在三维数值模型的基础上探讨了温度变化引起的结构表面网状裂缝的萌生、扩展和贯通过程,再现了表面龟裂现象,揭示了裂缝的插入过程以及裂纹最终达到饱和状态现象的内在机理;同时,借助数值模型研究了不同的约束条件以及不同的材料均匀程度对网状裂缝形成过程的影响。