随着钢筋混凝土结构在基础设施建设中广泛的使用,构件尺寸越来越大、受力更加复杂、承载力要求也越来越高。混凝土作为建筑结构的主要的组成部分,其材料性能对钢筋混凝土结构有重要影响。本文结合多尺度理论通过细观和宏观两个尺度的模型可以对混凝土构件的力学性能进行预测。细观数值模拟中,混凝土被视为由粗细骨料、砂浆以及砂浆与骨料之间界面过渡区组成的非线性多相复合材料。基于级配理论以及Monte-Carlo原理,利用Matlab程序语言生成圆形和多边形随机骨料几何模型。将随机骨料的几何模型导入软件ABAQUS中并进行有限元网格划分,对各相材料标定相应的材料参数。针对建立好的混凝土随机骨料模型进行单轴受拉分析,验证了混凝土材料的非线性本质、混凝土材料试验结果的随机性,为分析混凝土相关的细观物理机制奠定了坚实的基础,同时为完善混凝土细观建模理论提供借鉴和参考价值。结构的破坏往往是由局部先破坏,最终引起整个结构的破坏。细观模型模拟大型结构,计算量过于巨大,限制了其在混凝土结构中的实际应用。在有限的计算资源下,多尺度模型能较好地实现计算分析精细化与计算成本之间的平衡。以经典的混凝土梁四点弯工况为例,实现了多尺度模拟在混凝土构件中的应用,并分析了骨料细观参数对混凝土构件力学性能的影响。为了实现多尺度数值模拟在实际工程中的应用,结合试验依据结构的实际特点,本文在钢筋混凝土细观尺度数值模型的基础上,上部运用匀质宏观单元,关键破坏区域采用随机骨料模型,开发出一种钢筋混凝土柱内部损伤发展的非线性随机骨料多尺度数值模型。对该钢筋混凝土柱随机骨料多尺度模型拟静力滞回性能进行了数值模拟,并结合试验结果进行对比。结果表明:采用本文所提出的随机骨料多尺度模型获得的钢筋混凝土柱的宏观力学行为和细观破坏特征均与试验结果吻合良好,多尺度模型能显著地降低计算成本,在有限的计算资源下实现计算时间与计算精度的平衡。