低气压、低湿度和大温差是高原地区气候条件的主要特征,通过对该地区混凝土建筑的调研,发现其表面开裂情况比平原地区更严重,且多发生在施工后的1~2年。因此,研究高原气候对混凝土材料性能和结构受力的影响,对探寻高原地区混凝土的开裂机制具有重要的理论与实用价值。利用自制的低湿低压环境模拟箱,研究了低湿度、低气压条件下混凝土的力学、耐久、收缩变形等宏观性能变化规律;为探寻宏观性能变化的机理,研究了低湿度、低气压条件对水泥石孔隙结构和混凝土表面形貌等微观结构的影响。通过建立温-湿-气压耦合计算模型,研究了高原地区的静稳天气和剧变天气条件下,混凝土柱体的温度场、湿度场和应力场变化规律,分析混凝土的开裂原因及机制。研究了C30和C50混凝土在不同湿度(20%、60%、100%)和气压(51kPa、76kPa、101kPa)条件下抗压、抗折和劈裂强度的变化规律,发现混凝土抗压、抗折、劈裂强度整体上随湿度和气压的降低而下降,尤其是在28d龄期后此规律体现更为显著。与标准养护环境相比,20%湿度、51kPa气压条件下的28d和360d混凝土抗压、抗折和劈裂强度分别降低18%~23.7%、20%~33%和24%~33%。通过灰色关联分析法,发现气压对各力学性能的影响大于环境湿度。对C30混凝土在不同气压条件(51、61、71、81、91、101kPa)下耐久性能和微观结构变化规律的研究表明:低气压条件加速混凝土中的水分散失,90d龄期时,51kPa气压条件下的失水率约为101kPa气压条件的2倍;低气压条件增大混凝土的吸水率,且试件厚度越小,吸水率越高;低气压条件降低了混凝土的抗渗透性能,与标准气压条件(101kPa)相比,28d、45d和90d龄期时51kPa气压条件下的氯离子电通量分别升高25%、42%和49%;低气压条件降低混凝土的抗盐冻性能,80次冻融循环时,51kPa气压条件下的表面剥落质量约为101kPa气压条件的4倍;低气压条件增大水泥石的总孔隙率和500~1000nm有害孔隙的数量,并增大界面过渡区的缝隙宽度,降低两者粘结程度。研究了不同湿度(20%、60%)和气压(51kPa、76kPa、101kPa)条件下混凝土收缩的变化规律,结果表明环境湿度越低、气压越低,混凝土的收缩越大、收缩的增长速率越快。提出了混凝土收缩的气压影响因子,可用于预测不同气压条件下的混凝土收缩。通过灰色关联分析法,发现气压对收缩性能的影响大于环境湿度。建立了混凝土的温度场、湿度场及应力场计算模型,通过实测φ1m×2m混凝土柱体、100×100×200mm混凝土试件距表面不同深度位置的温度值、湿度值和应力值来验证模型。基于计算模型对高原地区的静稳天气和剧变天气进行计算分析,结果表明混凝土柱体在表面日较差温度变化条件下,距表面不同深度位置的温度和温度应力均呈现周期性变化趋势,表面日较差越大,距离表面越近,周期性变化的振幅越大,当表面温度日较差为20℃~80℃时,表面最大拉应力为1.3MPa~5.1MPa;混凝土柱体在低湿度和低气压条件下,距表面不同深度位置的相对湿度均呈现下降趋势,环境湿度越低、气压越低、距离表面越近,湿度下降速度越快,表面湿度应力越大,在10%相对湿度、51kPa气压条件下,表面最大拉应力可达2.01MPa。根据哈尔滨和拉萨地区的30年气候数据,分别计算两地区混凝土柱体的温-湿-气压耦合应力,发现低周高应力疲劳是造成高原气候条件下混凝土后龄期(1~2年)开裂的原因,对于拉萨地区的混凝土柱体,60℃日较差荷载下的温度疲劳极限次数仅为32次,远低于哈尔滨地区的疲劳极限次数。通过对高原地区剧变天气条件下的混凝土柱体温度、湿度和应力场的计算,发现“淋雨”天气下,柱体表面温度下降最显著,拉应力最大,“气温骤降”天气次之,“云层遮挡”最小,除“云层遮挡”天气外,“气温骤降”和“淋雨”天气产生的表面拉应力均超过抗拉极限强度,可产生表面开裂。综上所述,本文在研究高原气候条件下混凝土材料的力学性能、耐久性能、收缩性能、微观性能及结构温湿度场、耦合应力场及开裂机制分析方面做了一系列工作,研究成果可为高原地区混凝土设计及工程实践提供一定的理论参考,并为高原地区混凝土的开裂预测提供模型支持。