钢筋混凝土(RC)是目前世界范围内使用最广泛的建筑材料,广泛的应用于道路工程、桥梁工程及其附属设施中。目前,RC结构的耐久性问题得到了国内外工程界的普遍关注,它不仅关系到RC结构的服役寿命及结构抗力,也关系到道路及桥梁工程维修与再建设成本等经济效益,且与环境资源的可持续性发展息息相关,因此,研究RC结构的耐久性具有较强的现实意义。寒区RC结构经暴露于自然环境中受到环境荷载及机械荷载作用导致结构开裂并使钢筋发生锈蚀,严重危害RC材料耐久性及结构抗力。为了分析寒区环境因素如冻融、碳化、荷载裂缝以及氯盐侵蚀对RC结构耐久性的影响,国内外研究人员开展了大量的工作,但多种因素耦合作用影响RC结构耐久性的相关研究较少,且因素作用所致效果(混凝土开裂以及钢筋锈蚀)对RC结构力学特性的劣化作用研究方法较为传统。因此,为了系统分析寒区不利因素对RC结构耐久性的影响效应,明确混凝土开裂与钢筋锈蚀对RC结构力学性能的影响,本文结合国家自然科学基金项目(51378236)与交通部交通建设科技西部项目(20113188011000),开展了以下研究工作:1、选择冻融循环、碳化以及载荷裂缝为典型寒区不利因素,进行了多因素耦合作用影响RC结构耐久性试验研究。对RC试件进行加载开裂、冻融循环以及碳化破坏后进行钢筋加速锈蚀试验。以冻融循环后的混凝土质量损失量以及强度评价了混凝土材料性能的劣化趋势;以钢筋锈蚀率为RC结构耐久性损失指标,利用统计学分析方法对各种不利因素影响RC结构耐久性的显著程度进行了量化分析,得出了裂缝是影响RC结构耐久性最显著因素的结论。2、在对具有不同裂缝状态的RC试件进行电加速氯离子渗透试验后,利用多种电化学测试技术通过测试钢筋的自腐蚀电流密度评价不同裂缝属性如数量、宽度以及间距对钢筋锈蚀行为的影响。讨论了在RC结构腐蚀体系中用于评价钢筋锈蚀行为更加合理的电化学测试方法;并应用该技术,以钢筋的自腐蚀电流密度为指标评价了裂缝数量、间距与宽度对钢筋锈蚀行为的影响作用并进行了量化分析。3、在水泥砂浆及混凝土材料非稳态氯离子扩散试验结果的基础上,对氯离子在开裂混凝土中的扩散行为进行了数值分析,探究了混凝土饱和度、裂缝数量以及裂缝宽度对混凝土中氯离子扩散的促进作用;建立了裂缝—钢筋位置处氯离子浓度理论模型,并且进一步推导了钢筋自腐蚀电流密度模型以及钢筋锈蚀深度预测模型。方便工程技术人员在得知桥梁裂缝以及氯盐扩散源状态后快速推断氯离子在混凝土中的扩散情况以及钢筋锈蚀状态并对RC构件服役状态及使用寿命进行快速评估。4、对RC试验梁进行电加速钢筋锈蚀试验,利用振动信号测试技术,以模态频率为指标评价了钢筋锈蚀对RC结构动力特性的影响。分析了钢筋锈蚀、混凝土锈胀开裂面积对RC结构模态频率的影响;通过进行恒载挠度测试试验计算了RC结构的等效弹性模量,探讨了钢筋锈蚀与等效弹性模量的变化关系,并且提出了一种基于等效弹性模量模型的RC结构耐久性预测方法预估RC结构的剩余使用寿命。5、以抗弯承载力为指标评价钢筋锈蚀对RC结构静力特性的影响,对RC梁试件进行钢筋锈蚀试验,通过测试不同锈蚀状态下的RC试件最大抗弯载荷,观察RC梁试件的破坏形式分析钢筋锈蚀对RC结构抗弯性能的影响。此外,结合了声发射测试技术对不同锈蚀状态下的RC试验梁的加载过程进行全程监测,对声发射信号基础参数、统计参数进行分析,研究了不同锈蚀状态下的RC结构抗弯能力演化过程及声发射特性;通过对声发射事件定位结果与RC试件开裂位置进行对比分析,探讨了声发射测试技术能否准确的对RC结构进行损伤定位。