在钢筋混凝土结构中,钢筋和混凝土两种具有不同物理性质的材料能协同工作的前提是其两者之间具有足够的粘结应力。粘结界面损伤将导致钢筋混凝土结构的性能下降,甚至导致结构直接失效。因此,研究钢筋混凝土的粘结性能是诸多学者长期致力研究的热点课题。本文在总结国内外有关钢筋混凝土锈蚀膨胀对混凝土的破坏作用研究的基础上,基于钢筋电化学腐蚀理论,从动力学模型入手,采用元胞自动机（Cellular AutomataCA）的方法建立二维及三维的钢筋随机点蚀模型,着重关注钢筋锈蚀产物的堆积形态及体积,通过引入相关参数实现与现有试验结果吻合的锈胀形貌的数值模拟,为研究钢筋锈蚀及其对结构力学性能影响提供了新的思路和方法。基于混凝土塑性损伤理论,分别建立二维及三维的钢筋混凝土锈胀模型,深入研究钢筋的均匀腐蚀、非均匀腐蚀及点蚀对混凝土的损伤破坏过程的影响。创新性地在钢筋锈蚀膨胀基础上进行拉拔过程的数值模拟,分析拉拔过程中粘结力的分布及变化规律,对比三种不同锈胀情况对钢混梁粘结性能的影响。论文的主要工作及成果主要有:（1）采用非传统的动力学方法（不必严格定义物理方程或函数）,在金属电化学腐蚀理论的基础上,通过定义空间内部局部反应规则,建立了适用于模拟钢筋腐蚀的CA模型。该模型不仅能实现不同蚀坑形貌的模拟,还能获得钢筋锈蚀产物的堆积形态及体积,使得锈胀产物体积与溶解金属体积之比与试验结论保持高度一致。将二维CA程序扩展至三维,探讨六面体（平面腐蚀）和圆柱体（曲面腐蚀）元胞空间内的金属腐蚀,论证了柱坐标系下腐蚀形态的正确性和CA模型的通用性。本文所建立的CA程序可视性较强,可用于各类钢筋锈蚀及与其相关领域的数值研究。（2）研究了不同锈胀工况下混凝土的损伤演化。利用所建立的CA模型生成钢筋点蚀形貌及产物堆积形貌。将蚀坑及产物数据提取到1st Opt软件中,利用其将产物形貌数据拟合函数表达式,导入商用软件ABAQUS,将其作为锈胀位移场施加于混凝土内壁,最终获得不同的锈胀工况下混凝土的损伤。通过分析点蚀、均匀腐蚀和非均匀腐蚀三种不同锈胀情况作用下混凝土的损伤演化过程,预测其裂纹扩展路径及其最终破坏形式,与相关试验结果吻合。通过研究发现,同等锈蚀率下,点蚀对于混凝土保护层的破坏作用最大,但其破坏也仅局限于钢筋下方的混凝土保护层区域,最终破坏形态可能为局部保护层区域的压碎及拉碎的混合破坏;均匀锈蚀造成的混凝土的损伤区域最大,其损伤区域不仅分布于保护层一侧,在远离保护层一侧的混凝土同样会出现两条主损伤带,其最终破坏形态可能为混凝土保护层的拉碎、剥落破坏;非均匀锈蚀造成的混凝土损伤区域主要集中在保护层一侧,但在平行于保护层且经过钢筋圆心的截面上损伤也较为严重,最终的破坏形态可能为整个保护层的分层破坏,也可能是混凝土保护层的劈裂破坏。（3）探讨了锈胀损伤所造成钢混界面粘结性能的退化。并进一步研究拉拔过程对混凝土损伤演化的影响。通过建立二维钢混构件轴对称拉拔模型以及三维钢筋混凝土梁的拉拔模型,在钢混界面插入粘结单元,对无锈胀、均匀锈胀、非均匀锈胀以及点蚀锈胀等不同的工况进行模拟。通过对比分析不同锈蚀工况下的损伤演化过程及粘结滑移曲线得到:无论哪种锈胀形式均会对其粘结性能产生不利影响,而点蚀锈胀产生的影响最大,破坏性也最强。本文基于金属电化学腐蚀理论所建立的CA模型,充分考虑了钢筋点蚀形貌的随机性和锈蚀产物的堆积形态及体积,弥补了现有CA方法仅关注蚀坑形貌而忽略产物堆积的不足。另外,本文考察和实现了钢筋点蚀锈胀对混凝土的破坏作用,充分研究了钢筋均匀锈蚀、非均匀锈蚀、点蚀等不同锈蚀工况对混凝土损伤演化和钢筋混凝土粘结性能的影响,为研究钢混结构性能劣化提供了新的思路和方法。研究结论可为发生均匀锈蚀、非均匀锈蚀以及点蚀的钢混构件的性能评估提供参考依据。