木材特有的吸湿性,使得木结构的受力性能受环境温湿度的影响非常明显;又因其具有各向异性特征,弦、径向干缩率不同,极易产生干缩裂缝,对木结构安全性和耐久性产生较大影响。本文在总结现有的研究成果的基础上,对干缩裂缝发展规律进行了深入研究。本文对两组不同直径的原木构件,在两种不同环境(恒温恒湿、恒温湿度循环)下进行了干缩裂缝开展试验研究。试验结果表明:原木构件在恒温恒湿阶段的含水率沿径向呈二次函数分布、随解湿时间呈指数下降;在湿度循环阶段,含水率随环境湿度呈现周期性变化,内层有滞后现象,尺寸越大,滞后越明显;木构件在湿度变化下的裂缝基本为TR型裂缝,与时间呈线性开展,对于同一试件的多条裂缝,裂缝开展速率几乎一致;试件尺寸越大裂缝条数越多,裂缝开展速率越慢,最终裂缝深度越小。基于试验结果和菲克第二定律,通过理论分析得到木材水分迁移控制方程。在有限元分析软件ABAQUS中,利用湿度场与温度场控制方程的相似性,用热传导模块模拟木构件水分传递,建立湿度场模型,有限元模拟结果与试验值吻合较好,解决了现有软件无法直接进行湿度扩散分析的问题。对试验非理想化的初始含水率和湿度条件进行了修正,结果表明:木构件各层含水率在解湿阶段随时间呈指数下降,表层变化速率在前期大于芯层,在后期小于芯层。构件尺寸对含水率下降速率影响较大,尺寸越大,表层含水率变化速度越快,而芯层则相反;相同条件下,小尺寸构件先到达平衡含水率。通过对湿度循环参数(次数、周期、幅值)的有限元数值分析,计算表明:温度、初始含水率和试件尺寸相同时,试件达到平衡含水率的时间与循环次数、周期和幅值无关。含水率梯度和滞后时间与循环次数、周期和幅值有关:解湿结束时的含水率梯度随着循环次数增加而减小,吸湿结束时的含水率梯度随着循环次数增加而增大,含水率到达稳定时两者一致;湿度幅值越大,最大含水率梯度越大和稳定状态时的含水率梯度最大;湿度周期越大,含水率梯度也越大,含水率滞后时间越短。在此湿度场模型基础上,通过顺序耦合,计算湿度应力。再通过理论分析得到裂缝开裂准则和开展准则,结合扩展有限元(XFEM),建立了干缩裂缝开展模型,该模型计算结果与试验吻合较好,能够充分模拟木构件在湿度变化下的裂缝开展情况。模型计算结果表明:裂缝在达到髓心区域之前,呈线性增长;多裂缝的裂缝开展速率基本一致;裂缝条数越多,开展越慢,最终深度越小;在循环湿度作用下,裂缝总体呈线性增长,且裂缝的开展总是发生在解湿阶段。以南京地区近三十年来的月平均气候为参数,用有限元成功模拟出不同初始含水率的木构件在气干状态下的裂缝开展情况,结果表明:裂缝随时间呈线性开展,初始含水率的不同对裂缝开展速率有较大影响:对于初始含水率为25%的木构件,在未进行防裂措施的情况下,裂缝相对深度开展速率为0.0622/月,气干八个半月后裂缝已达到直径的1/3;而初始含水率为15%的构件,在气干状态下不会开裂。运用同样的方法,可以得到其它气候条件下干缩裂缝的发展速率。这为今后研究木构件在温湿度与荷载耦合作用的受力情况与裂缝开展情况,以及相应的耐久性评定提供了基础。