在实际的服役环境下，任何一种混凝土材料和结构都是在承受外荷载作用的同时经历着多种环境作用。各种因素之间也并非相互独立，而是相互联系、相互影响、相互促进或抑制，具有一定的交互，耦合作用。这种耦合效应的存在，就加速与加剧了混凝土的损伤与劣化，使得按照传统耐久性研究结果设计的混凝土工程存在一定的安全隐患，这是很多混凝土程在设计使用年限以内就退出服役的原因。尤其是我国因地大物博，东西南北中不同地区环境条件各异，并具有多变性、复杂性，其服役寿命绝非仅靠单一因素的模拟而得到的损伤劣化规律所能确定。在诸多损伤因素的同时作用下，环境因素会通过外力荷载在混凝土材料内引入的微裂纹来加速混凝土的损伤，这种作用持续破坏混凝土材料的微结构又导致其强度，刚度等力学性能的降低。如此反复循环加剧了材料的破坏和结构的失效。由于疲劳荷载和环境因素作用之间存在较大的时间周期差，试验装置难以实现等原因导致关于循环动荷载与环境因素同时作用下的混凝土损伤劣化研究还很少。使得严寒地区桥梁、高铁等在动荷载和冻融循环同时作用下的损伤劣化过程不得而知。　　本文针对严寒地区路桥等现代混凝土的实际服役环境，利用一系列现代的实时无损监测技术对高周疲劳荷载和冻融循环单独作用及同时作用下混凝土材料的损伤劣化规律与机理进行了初步探索研究。从冻融循环对疲劳损伤以及疲劳荷载对冻融损伤的影响两个角度，分析了两种因素的耦合作用。以主裂纹形成对局部渗透性的影响为桥接，结合HYDRUS-2D和ABAQUS粘结单元两个有限元程序，建立了疲劳损伤-冻融损伤相互传递的模型，并以此探讨了冻融损伤与疲劳损伤在混凝土损伤过程中的耦合作用。　　首先，以京沪高铁箱梁混凝土材料为研究对象，测试了其在单一疲劳荷载作用下的变形、疲劳寿命等宏观性能。并利用声发射技术对疲劳损伤全过程进行监测，以初步揭示其损伤机理。此外，还测试了低温下的混凝土疲劳性能，并从材料力学和损伤力学角度探寻了温度和疲劳作用的相互关系，得到了需要考虑温度和疲劳耦合作用的临界条件。测试结果发现，疲劳变形呈现典型的三阶段规律，同时受到应力水平的影响。疲劳应力水平和疲劳寿命基本满足对数线性关系。声发射对损伤过程的监测表明：不同幅值范围事件数的出现与损伤源有关，并且疲劳荷载导致了损伤局部化。频谱分析表明浆体、界面、集料等不同损伤源的特征。这些工作为疲劳和冻融循环耦合作用的研究奠定了基础。　　对温度与疲劳耦合损伤系数fD(N)的计算表明，随温度的逐渐稳定，fD(N)逐渐减小，当其减小到1时，疲劳荷载和温度作用之间已不存在耦合作用，试样内已达到均匀的温度场。当按照冻融循环温度变化时，fD(N)与温度的变化规律相反。采用外推法可以得到需要考虑损伤耦合作用fD(N)>1的临界条件。当应力水平大于0.75时，单独疲劳作用下的寿命和疲劳、温度同时作用下的寿命相当。当应力水平低于0.75时，两种因素作用下的平均疲劳寿命比单独疲劳作用下的寿命低5～20％。此外，同时作用下的疲劳寿命不再和应力水平满足对数线性关系。　　利用声发射对7组不同饱水度砂浆试件的冻融循环损伤过程进行了监测。通过声发射主动模式实时得到了相对动弹性模量随冻融循环次数的变化规律。结果表明，冻融损伤与试件的饱水度密切相关，并根据相对动弹性模量的变化率确定了本试验条件下引发冻融损伤的临界饱水度为88％，且该值与试件的含气量无关。结合被动模式的声发射参数探寻了冻融损伤机理；能量、幅值、持续时间等也从不同角度揭示了临界饱水度的存在，及本试验条件下孔隙水首冻温度为-8℃。对声发射信号的频谱分析结果表明，事件的两个主要峰值频率为100KHz和350KHz，分别与界面和浆体开裂有关。通过数据拟合得到了冻融损伤与循环次数、试件饱水度的疲劳效应关系式。　　测试了试件的毛细吸水性能，揭示了初始含水量和含气量对试件达到临界饱水度时间的影响。引气剂可以延缓吸水速率，延长达到临界饱水度的时间。等热解吸曲线表明，引气剂引入的气孔尺寸比毛细孔大得多，达到临界饱水度时，部分气孔已被水所填充。气孔的饱和需要相对更长的时间，因此，引气剂混凝土冻融性能的影响主要是体现在冻融损伤还未发生前，通过延缓混凝土材料的吸水速率来延长其达到临界饱水度的时间，进而延缓冻融损伤引发的时间。然而，一旦冻融损伤引发，引气剂对冻融破坏的形式已没有太大影响。此外，试件的初始相对湿度对吸水性有明显影响。初始相对湿度低的试件内由于更多小孔产生更大的毛细吸附力，造成更大的吸水率。　　其次，建立了冻融循环和疲劳荷载作用的耦合试验制度，利用带环境箱的MTS对混凝土在疲劳荷载和(闭合)冻融循环同时作用下的力学行为及内部物理环境进行了测试。-25℃下试件的疲劳应变表明，冰在孔隙内的形成带来的两方面作用：一方面填充孔隙，增强了材料多孔的结构，使得试件抵抗变形的能力增大。另一方面又容易起到桥接裂纹，促进其扩展的作用。若孔溶液处于液态，则疲劳裂纹发展到此就会被钝化，无法跨越孔隙进一步向前发展。这在一定程度上延缓了裂纹的扩展。混凝土在疲劳荷载和冻融循环同时作用下的失效取决于这两种作用的综合结果。　　损伤试件的显微图像表明，疲劳荷载和冻融循环同时作用下试件内的微裂纹不仅绕着界面过渡区生长，并且对周围的气孔具有取向性。气孔周围有沿径向开裂的微裂纹存在，这与由于结冰膨胀引起的最大主拉应力方向正好垂直。说明损伤一部分是由于疲劳荷载导致，另一部分是由于冻融循环引起的内应力所致。　　再次，利用中子照相技术监测了具有裂纹几何形状试件的毛细吸水过程，揭示了损伤局部化对饱水度增长及冻融损伤的影响。由于渗透源不同，沿水平方向的渗透速率大于切缝底部的渗透速率。并利用Schwarz-Christoffel逆转换对渗透空间进行保角映射，经过映射后的水分渗透距离要大于映射前的值。因为不同方向的渗透经过映射后都被收敛到了一个方向，使得对不规则几何空间内液体传输的评价具有一致性。　　最后，以主裂纹形成对局部渗透性的影响为桥接，结合HYDRUS-2D和ABAQUS粘结单元两个有限元程序，建立了疲劳损伤-冻融损伤相互传递模型，并以此探讨了冻融损伤与疲劳损伤的耦合作用。结果表明：裂纹宽度越大，渗透速率越大，裂纹附近也越容易达到饱和。本试验条件下，疲劳主裂纹附近水渗透系数增大到～10-3mm/sec。局部饱水度相应增大并超过引发冻融损伤的临界值88％。与未经历冻融损伤的试件相比，失效时COD增加了30μm。且冻融试件在横向的损伤发展要比纵向更充分，表现出了一定的延性。但由于采用的是线性拉伸-张开本构关系，未考虑塑性变形，破坏时裂纹累积长度与COD均偏小。