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钢筋混凝土结构的耐久性研究是国内外研究的重点和难点课题,氯离子侵蚀一般是海洋环境中造成钢筋混凝土结构耐久性破坏的前提条件。对于实际混凝土工程的腐蚀,往往是荷载和环境综合作用的结果。因此受力钢筋混凝土构件氯离子诱导的锈胀开裂研究,对于混凝土结构的耐久性设计和优化具有重大意义。本文采用理论分析与数值模拟相结合的方法,以海洋环境下钢筋混凝土构件为研究对象,基于COMSOL和ABAQUS有限元软件,分别对有应力和无应力下混凝土构件的腐蚀特性进行了研究,同时结合阴极保护对电化学机制进行了分析和对比。具体内容是:1、建立无荷载作用下钢筋混凝土梁数值模型,基于腐蚀电化学相关机制,分别研究了钢筋所处位置和保护层厚度对腐蚀特性的影响,并对异类钢筋之间的电化学反应进行对比,同时探讨了不同钢筋间距下的混凝土开裂模式。2、建立荷载环境耦合作用下钢筋混凝土梁数值模型,考虑荷载损伤作用对温度传递、水分运输和氯离子传输模型的修正,研究了影响梁纯弯段损伤系数的相关因素,对氯离子扩散行为、去钝化行为分别进行了分析,并对不同损伤等级下的腐蚀电流变化、锈蚀产物累积和锈胀裂缝的产生过程进行了研究。3、建立混凝土横向和纵向截面的阴极保护数值模型,基于电化学保护机制,研究了宏电池腐蚀情况下电流密度和电势的分布,通过与相关设计标准的比较来对结构和理论模型进行优化,从而起到预防和控制混凝土开裂的作用。结果表明:无荷载情况下,角部钢筋侵蚀效率显著高于中部钢筋;保护层厚度的变化极大影响腐蚀电流的累积;带肋钢筋优先发生电化学腐蚀且腐蚀速率更大,肋间距和最大肋宽度都会影响腐蚀电流;钢筋间距为2.3倍钢筋直径时开裂程度和损失最小。有荷载情况下,损伤修正系数与荷载强度和混凝土强度都有关;裂缝宽度与最大锈胀位移的关系为w=0.3937-0.3796cos(9.292Smax)-0.07293sin(9.292Smax);高等级损伤产生的裂缝影响区不可忽略。在电化学保护中,保护电流更趋向流入阴极区,当外加电流能抑制宏电池腐蚀时保护电流才会流入阳极区;宏电池腐蚀显著提高阴极保护的非均匀性,保护电流能够有效地抑制电化学不相容性导致的宏电池腐蚀。