缆索长期承受交变载荷作用并且暴露在自然环境中,是索承式桥梁中最易损坏的构件。缆索的失效一般是由索体内部钢丝力学性能的退化所导致,腐蚀环境会加速钢丝材料内部微小损伤的萌生和演化,大大降低缆索的服役寿命。为了应对缆索体系安全性和耐久性分析的需要,本文致力于在计算力学框架下,利用结构多尺度理论研究腐蚀环境下缆索体系的疲劳损伤跨尺度演化的过程。具体而言,论文的主要工作和研究成果如下:1.通过对桥梁缆索在服役阶段常见的损伤现象进行总结,分析了桥梁缆索体系的失效路径,在计算力学框架下探讨了缆索腐蚀疲劳损伤演化研究的实施策略。研究结果表明,桥梁缆索体系失效源于钢丝材料中的微小损伤在环境侵蚀和服役载荷共同作用下的不断演化,是结构损伤演化这一长期过程的终点。若要研究腐蚀环境下缆索的损伤失效过程就必须首先研究索体内钢丝的腐蚀疲劳损伤演化过程。2.针对钢丝在腐蚀环境中的疲劳损伤失效问题,建立了一个连接微观损伤演化行为和宏观力学性能变化规律的腐蚀疲劳多尺度损伤演化模型,并通过实验数据验证了该模型的有效性。研究结果表明,当加载频率在1Hz～10Hz之间时,利用该损伤模型预测的钢丝寿命能较好地吻合实验数据。当加载频率超出这一范围时,由于损伤演化机理发生改变,预测结果则与实验数据存在一定偏差。这一损伤模型可以反映钢丝腐蚀疲劳在不同空间尺度下的损伤演化特征,为从多尺度角度研究钢丝材料在环境侵蚀和交变荷载作用下的损伤演化机理提供了一种新的理论模型。3.针对缆索腐蚀疲劳损伤演化过程模拟的问题,基于循环载荷块技术,提出了缆索腐蚀疲劳损伤演化时间步长自适应模拟分析策略。研究结果表明,该方法能以较小的计算代价实现缆索腐蚀疲劳损伤演化过程的模拟,并能较好地考虑索体内钢丝损伤的协同演化作用,为研究缆索在交变荷载和环境侵蚀共同作用下的损伤演化机理提供了一种高效的数值分析手段。4.基于纤维束强度理论,利用缆索疲劳损伤演化分析方法对缆索的腐蚀疲劳行为进行模拟,研究了腐蚀环境下缆索的疲劳损伤失效机理。研究结果表明,缆索的劣化过程是索体内钢丝损伤协同演化的结果。钢丝损伤状态间的差异将影响应力分布的不均匀程度,而应力重分布作用则致力于缩小由初始损伤不同所造成的钢丝损伤状态差异,两者相互作用、相互影响,共同促进缆索整体的损伤演化。在缆索性能劣化过程中,钢丝应力分布的不均匀程度不仅取决于钢丝本身的损伤演化,同样也受到钢丝有效承载面积占比变化的影响。在缆索整体的平均损伤达到0.42之前,初始损伤间的差异是造成钢丝间损伤程度差异逐渐增大的主要影响因素,这一阶段中应力分布的不均匀程度也将逐渐拉大;当缆索整体的平均损伤由0.42发展到0.68左右时,应力重分布作用将逐渐成为钢丝间损伤程度差异逐渐减小的主要影响因素,但这一阶段应力分布的不均匀程度仍旧保持增长趋势;当缆索整体的平均损伤发展到0.68以后,应力分布的不均匀程度则开始快速下降。另外,在损伤演化过程中,初始损伤较大的钢丝具有“先发优势”,应力重分布作用只能减小钢丝间的损伤程度差异,并不能彻底消除这一“先发优势”。5.以润扬长江大桥北汊斜拉桥为工程背景,利用结构损伤多尺度分析方法和缆索疲劳损伤演化分析方法,对桥梁缆索体系腐蚀疲劳损伤致失效过程进行模拟,从跨尺度角度分析腐蚀环境下桥梁缆索体系的损伤演化机理。研究结果表明,在润扬桥缆索体系劣化过程中,在关键拉索因损伤演化逐渐失去承载能力时,原本由该拉索承担的荷载逐步被周边拉索分担,且分担的荷载随周边拉索位置不同而变化,单根拉索的索力增长幅最高可达20%以上。荷载的增加将使得周边拉索的疲劳损伤演化速率加快,从而在缆索体系中形成“逐个击破”的多米诺骨牌效应,最终导致桥梁整体结构的失效。另外,当关键拉索损伤达到标准规定的换索标准时,拉索索力的下降幅度并不明显,仅占拉索初始索力的7.3%左右。在常规的索力检测中,由损伤造成的索力下降很容易被由其他因素变化（如环境、交通载荷等）造成的索力变化所掩盖,因此有必要发展一套更加准确有效的检测方法来对拉索在服役阶段的损伤状态进行评估。