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钢筋混凝土(RC)桥梁在运营期内受到环境-荷载的耦合作用,导致结构裂缝萌生、扩展及其极限承载力下降。本文结合国家自然科学基金“在役混凝土箱梁桥时变承载力的分析理论及试验研究(No.51178416)”及浙江省交通运输厅科技项目“中小跨径混凝土桥梁性能维护的关键技术及应用研究(2013H58)”,对钢筋混凝土桥梁中氯离子侵蚀模拟,钢筋锈蚀量计算,钢筋-混凝土界面粘结性能分析,裂缝发展和极限承载力预测等问题进行了研究。主要的研究内容如下：(1)推导提出了空间非规则单元元胞自动机模型,它同时考虑浓度梯度引起的扩散和压力梯度引起的渗透及两者协同作用。(2)建立了基于XFEM考虑裂缝粘聚应力的Ⅰ-Ⅱ混合型混凝土多裂缝扩展模型,并编制了相应的计算程序。模型考虑了裂缝尖端断裂过程区混凝土的软化,采用LATIN算法对裂缝的非线性边界问题进行计算求解。(3)结合混凝土损伤能量释放理论,传统强度理论以及混凝土裂缝尖端塑性区微裂缝概率模型,研究并提出了用于混凝土局部区域裂缝萌生判断的损伤开裂因子DC。。(4)提出了基于XFEM并考虑钢筋-混凝土界面间断性的粘结滑移模型,在MATLAB平台上编制了有限元程序RCIDBSM-XFEM,用于模拟计算钢筋混凝土结构裂缝萌生、扩展及其极限承载力。(5)通过建立基于贝叶斯更新的钢筋锈蚀速率多模型,对钢筋混凝土结构中的钢筋锈蚀速率进行分析预测,同时综合利用本文提出的三维非规则单元元胞自动机模型和编制的RCIDBSM-XFEM有限元程序,进一步研究并提出考虑荷载-环境耦合作用下的结构分析理论及方法,模拟计算结构在环境-荷载耦合作用下的钢筋锈蚀、裂缝发展及其极限承载力。(6)在RCIDBSM-XFEM研究的基础上进一步增加了预应力模块,采用初应变的方法将预应力效应转化为单元等效节点力,模拟计算预应力钢筋混凝土梁在荷载作用下,裂缝的萌生和扩展及其极限承载力。