钢筋腐蚀是影响混凝土结构耐久性的主要原因之一。通常钢筋腐蚀后,相应的腐蚀产物体积膨胀数倍,使其周围的混凝土受到挤压,随着腐蚀产物的增加,混凝土保护层将受拉开裂,进而影响混凝土的使用寿命。钢筋的锈胀效应受腐蚀速率、腐蚀产物的力学性能、混凝土性能及腐蚀环境等各种因素的影响。目前对钢筋腐蚀的研究大多是通过实验总结腐蚀规律,理论分析进行腐蚀预测等,尚不多见对钢筋腐蚀过程及其锈胀效应的计算模拟研究。本文旨在探究一种模拟钢筋腐蚀过程及其影响材料力学变形的计算方法,并能用之定量分析工程实际中的腐蚀效应。本文认为在腐蚀过程中,钢筋不是均质材料,而是由钢材和腐蚀产物组成的混合材料,通过定义腐蚀产物体积分数来表示材料的腐蚀程度。建立了钢筋与腐蚀有关的本构关系,并基于细观尺度上的钢材和腐蚀产物的两相胞元模型,标定了钢筋等效弹性模量、等效线膨胀系数随腐蚀产物体积分数的变化曲线。对于腐蚀扩散方程,腐蚀扩散系数是控制腐蚀速率的重要参数,与腐蚀环境有关。通过模拟单根钢筋腐蚀的速率曲线与已有文献的实验比较,标定了不同年平均温度、钢筋表面氯离子浓度、及混凝土电阻对应的腐蚀扩散系数(随腐蚀产物体积分数变化)。最后本文基于已标定的钢筋的等效弹性模量、等效线膨胀系数和腐蚀扩散系数,分别结合混凝土损伤塑性模型、扩展有限单元法,建立了两种钢筋混凝土锈胀开裂模型,有限元模拟了钢筋混凝土的锈裂过程,预测的混凝土保护层开裂时间与实验结果符合一致,并探讨保护层厚度、钢筋直径对混凝土胀裂模式和保护层开裂时间的影响。