混凝土结构的冻融破坏在世界范围内的寒冷地区是普遍存在的，各国为此付出了沉重的经济代价。自从十九世纪三十年代，人们便发现通过引气剂引入的大量微小气泡可以显著改善混凝土的抗冻耐久性。随着外加剂应用技术的不断发展，引气剂已成为混凝土中不可或缺的组分被广泛应用于路面、桥梁、机场道面等遭受疲劳荷载的结构混凝土中。引气混凝土的疲劳性能虽已引起了人们的关注，但为数不多的研究结果还存在争议。对于寒冷地区的混凝土路面、桥面、机场道面等结构，除遭受疲劳作用外，还遭受冻融循环作用，冻融损伤对混凝土疲劳性能的影响是客观存在的，而目前国内外未见有这方面的研究报道。对于我国北方寒冷地区的水泥混凝土路面，在设计中没有考虑冻融损伤的影响，具有很大的局限性。 本文系统地研究了含气量和冻融损伤对混凝土疲劳性能的影响规律，揭示了冻融作用对混凝土疲劳性能影响的机理；在此基础上，研究了在路面结构设计中考虑冻融损伤对混凝土疲劳性能影响的方法。文章分为三大部分。 第一部分主要研究了含气量对混凝土疲劳性能的影响以及引气混凝土的疲劳变形发展规律论文分析了混凝土在弯曲拉伸状态下的应力——应变曲线特征，提出了基于比例极限的混凝土抗折强度预测方法，在此基础上，系统地研究了含气量、水灰比对混凝土疲劳性能的影响，用方差分析方法分析了含气量和水灰比对混凝土疲劳寿命的影响，结果表明：混凝土的含气量在7％范围内对弯曲疲劳寿命没有影响；含气量在5％的情况下，水灰比为0.39和0.44的混凝土的疲劳寿命相差不大，但当混凝土的水灰比提高至0.50时，混凝土的疲劳寿命将明显缩短。提出了根据应变速率划分疲劳变形三个阶段的新方法，在用该方法对疲劳变形曲线的三个阶段进行准确划分的基础上，研究了等幅疲劳变形曲线不同阶段所占比例、应变速率、四个特征点O、A、B、F(各阶段起始点)的变形值的变化规律以及两级疲劳中加载历史对后续疲劳应变速率、特征点变形值的影响规律，结果表明：第一阶段所占比例k<,A>随S<,max>的增大而增大，第一、二阶段所占比例之和k<,B>随S<,max>的增大而减少，且K<,A>、k<与S<,max>之间均有很好的线性关系；线性段终点的最大变形ε<,max，B>与混凝土在静态弯曲荷载作用下的峰值应变ε<,fp>相等，即ε<,fp>=ε<,max,B>，疲劳破坏点的应变ε<,max,F>与疲劳破坏时的应力水平成反比，等于单调加载软化段中疲劳破坏时的应力对应的应变；在两级变幅疲劳荷载作用下，应力水平发生变化时，单位荷载应变增量Δ<,ε>/ΔP与静载作用下单位荷载的应变增量相当；等幅疲劳荷载作用下，疲劳初始点O点、破坏点F点的等效应变速率logε<,O>、logε<,F>以及线性段的应变速率logε<,L>与logN<,f>，和S<,max>之间均有很好的线性关系；在两级疲劳荷载作用下，加载历史对后续疲劳变形的应变速率有影响，当加载顺序为先低后高时，第二级荷载作用下的应变速率小于相同水平等幅疲劳荷载作用下的应变速率，当加载顺序为先高后低时，则相反。论文通过提高疲劳应力水平的估算精度，降低了两级疲劳荷载作用下混凝土疲劳寿命的离散性，从而澄清了加载顺序对混凝土疲劳寿命的影响规律。基于上述研究成果，论文建立了等幅弯曲疲劳荷载作用下混凝土的变形曲线演化方程和考虑了加载顺序影响的两级疲劳荷载作用下混凝土的寿命预测模型。 第二部分主要研究冻融损伤对混凝土疲劳性能的影响及机理根据损伤力学理论，选择合适的损伤变量，从损伤的角度研究了混凝土遭受水冻或盐冻作用后的强度(抗压、抗折、疲劳)、变形(峰值应变、应力——应变关系)和弹性模量(动弹性模量、抗折弹性模量)，分析了冻融损伤对强度、变形、弹性模量的影响规律，并建立了具有普适性、能描述混凝土性能劣化规律的衰减方程。在上述研究的基础上，进行了不同水灰比、不同含气量混凝土经水冻或盐冻损伤后的疲劳试验，分析了冻融损伤对混凝土疲劳寿命和疲劳变形性能的影响规律，建立了损伤混凝土的疲劳方程和疲劳破坏准则。研究结果表明，在疲劳荷载相同的情况下，冻融损伤对混凝土疲劳性能的影响非常明显，当D=1％时，冻融损伤混凝土的疲劳寿命只有未损伤混凝土的60％左右，而当D=9％时，混凝土的疲劳寿命还不到未损伤混凝土的1％；在损伤度D相同的情况下，盐冻对混凝土疲劳寿命的影响比水冻大；在应力水平相同的情况下，损伤混凝土的疲劳寿命、各阶段所占的比例以及第二阶段的应变速率与未损伤混凝土的相等，但四个特征点O、A、B、F的变形、第一、三阶段的应变速率均比未损伤混凝土的大。利用压汞仪和光学显微镜从细观结构层次分析了冻融损伤混凝土的孔结构、微裂纹和界面，揭示了冻融损伤对混凝土疲劳性能影响的机理：在冻融循环作用下，混凝土的孔隙率增大，有害孔增多，混凝土内微裂纹的萌生、扩展导致粗集料中、砂浆一集料界面的微裂纹数量、宽度、长度的不断增加是影响混凝土疲劳性能的主要原因。 第三部分主要研究如何在路面设计中考虑冻融损伤的影响通过对现行路面混凝土抗冻性试验和评价方法的分析，指出抗冻性评价指标临界值偏低也是北方寒冷地区水泥混凝土路面提前破坏的重要原因之一，又由于冻融损伤对混凝土疲劳性能的影响非常明显，论文提出要想使寒冷地区的水泥混凝土路面达到预期的使用寿命，需在提高路面混凝土抗冻性评价指标临界值的基础上，再在路面结构设计中合理地考虑冻融损伤对混凝土路面使用寿命的影响。因此，研究了在不改变现行水泥混凝土路面设计框架和体系的基础上，通过引入冻融损伤系数k<,d>来考虑冻融损伤对混凝土疲劳性能的影响的方法，并给出了混凝土动弹性模量临界值和不同冻融介质情况下冻融损伤系数k<,d>的建议值。