海洋环境下,荷载作用会加速混凝土内氯离子的扩散,促进其内钢筋锈蚀,最终导致混凝土结构承载力下降甚至破坏。受荷混凝土中氯离子的扩散问题现已成为混凝土结构耐久性研究的热点。如何考虑荷载作用对混凝土内氯离子侵蚀的影响,这是研究上述问题中的难点。氯离子在混凝土内的扩散是一个自然且长期的过程,目前研究受荷混凝土中氯离子扩散的方法主要包括物理试验和数值模拟两大类。物理试验实施周期长,耗费的人力、物力和财力较大,研究效率相对较低。相比于物理实验而言,采用数值模拟方法研究荷载作用对混凝土内氯离子扩散行为的影响,是一种高效而快捷的研究手段。本文通过建立荷载作用下混凝土的体积应变、孔隙率等参数与其内氯离子扩散系数之间的定量关系,提出了受荷混凝土内氯离子扩散的宏观、细观数值模拟方法,计算得到不同荷载水平下混凝土数值模型中氯离子扩散的浓度分布。基于数模试验和Fick第二定律,建立了考虑荷载影响的混凝土内氯离子扩散预测模型,用以预测受荷混凝土结构的耐久性服役寿命。本文的主要研究内容如下:(1)荷载作用会导致混凝土内微观结构发生变化,当设计外荷载总用下(即混凝土结构未开裂),可认为荷载作用主要会引起混凝土的体积应变和孔隙率发生变化,影响其内氯离子的扩散特性。本文建立了荷载作用下未开裂混凝土的体积应变、孔隙率等参数与氯离子扩散系数之间的定量关系,为受荷混凝土中氯离子扩散的数值模拟奠定基础。(2)在宏观层面上,可将混凝土概化为一种材料均匀且各向同性的介质,根据外荷载、孔隙率与氯离子扩散系数之间的定量关系,提出了外荷载作用下混凝土内氯离子扩散的宏观数值模拟方法。通过在COMSOL Multiphysics中建立受荷混凝土梁的三维宏观数值模型,将多物理场耦合算法与受荷混凝土内氯离子扩散的数值模拟方法相结合,计算得到了不同荷载水平作用下混凝土梁宏观模型内氯离子扩散的浓度值。采用物理试验数据验证了宏观数值模拟评估结果的正确性。(3)从细观层面上,可将混凝土视为由水泥基、骨料以及界面过渡区这三相介质共同构成的复合材料。根据外荷载、混凝土内各组成相中孔隙率与其内氯离子扩散系数之间的定量关系,提出了外荷载作用下混凝土内氯离子扩散的细观数值模拟方法。基于三维球形粗骨料的随机生成和随机投放算法,在COMSOL Multiphysics中建立了受荷混凝土梁的三维三相细观数值模型,最终计算得到了不同荷载水平作用下混凝土梁细观模型内氯离子扩散的浓度值。细观数值模拟计算值与试验实测值吻合良好,验证了细观数值模拟评估方法的正确性。(4)根据不同荷载水平作用下混凝土梁细观数值模型内氯离子扩散的浓度分布,结合Fick第二定律,建立得到了考虑荷载影响的混凝土内氯离子扩散预测模型。在此基础上,预测了在不同荷载水平、不同临界氯离子浓度以及不同混凝土保护层厚度情况下,混凝土结构的耐久性服役寿命。