长期以来，混凝土材料由于其低廉的造价被广泛的应用在桥梁等基础设施的建设当中，取得了良好的经济效益。但其耐久性能的退化往往成为后期养护运营过程中亟待解决的问题之一。本项目在细观尺度上开展针对钢筋混凝土结构的耐久性数值模拟研究，内容涉及：（1）混凝土细观模型的构建；（2）混凝土耐久性退化过程在细观尺度上的表现；（3）混凝土力学性能与耐久性能在细观尺度上的耦合关系。 首先，编写了ParticleSimu程序，支持二维圆形、椭圆、多边形、Bezier曲线和三维球形、椭球形、多面体、圆柱体、胶囊等多种骨料形状，并可实现圆柱体和立方体混凝土试件的模拟。 其次，开展了细观尺度上的水分传输研究。采用中子成像技术获取水分含量的分布云图，明确骨料对水分传输路径的扭曲效应以及由此造成的水分含量分布的空间变异性。研究结论对细观尺度上的氯离子扩散和混凝土碳化研究有重要的借鉴意义。 再次，开展了细观尺度上的氯离子扩散和混凝土碳化过程。将扩散锋面和碳化锋面的空间变异性转化为一个安全系数，用以对平均扩散深度和碳化深度的修正。研究了骨料长宽比、形状、级配、用量等关键参数对扩散锋面和碳化锋面空间变异性的影响。 然后，编写了基于格构式方法的Lamfa程序用于模拟混凝土材料的开裂过程。推导了钢筋锈蚀的时变锈胀力模型并模拟了由此引发的混凝土开裂、保护层剥落等过程。研究了钢筋直径、钢筋间距、钢筋位置、骨料参数等对混凝土开裂过程和保护层损伤程度的影响。 最后，建立了开裂状态下的氯离子扩散等退化过程的数值模拟方法。通过一套网格建立了用于物质传输模拟的实体单元和用于材料开裂模拟的格构单元。通过失效的格构单元修正其连接的实体单元的物质传输系数以体现混凝土损伤状态对物质传输过程的影响。 通过研究，将目前的基于宏观尺度的混凝土构件的耐久性数值模拟研究向细观方向发展，并推动其在实际工程中的应用。 2100433B