对西北地区渡槽工程进行质量检测发现大部分工程混凝土碳化现象严重,钢筋锈胀导致混凝土开裂,影响到结构承载力,降低了结构的安全性。针对裂缝问题,各国学者相继提出了控制裂缝的要求,裂缝宽度计算至今仍是研究的重点,但由于影响混凝土开裂的原因复杂,普遍适用的裂缝宽度计算公式仍然在研究中。随着计算机技术的飞速发展,有限元软件逐渐被学者们所接受。ANSYS有限元中SOLID65单元特有的属性为模拟混凝土开裂提供了便利。本文应用有限元软件ANSYS建立了单根钢筋均匀锈蚀导致混凝土开裂的数值模型,并通过热-结构耦合作用,模拟了混凝土碳化后钢筋锈胀导致混凝土开裂的锈胀力,并将碳化深度模拟值与试验值进行对比。通过给模型施加不同的荷载,计算了裂缝宽度模拟值,并与经典公式以及实际工程测量值对比,研究了混凝土碳化深度对裂缝宽度的影响规律。结果如下:(1)本文根据热传导原理数值模拟混凝土碳化作用的可行性,通过应用大型通用有限元软件ANSYS较好的模拟了单根钢筋均匀锈蚀导致混凝土开裂的钢筋锈胀力,与理论值对比表明误差在允许范围内。通过给模型施加碳化场,模拟了混凝土碳化后单根钢筋均匀锈蚀导致混凝土开裂的锈胀力,分析了碳化对混凝土开裂的影响规律,发现增加碳化因素后,混凝土开裂所需的钢筋锈胀力减小。(2)本文模拟了混凝土的碳化深度值,并与相同条件下的试验值对比发现结果相近。建立了钢筋锈胀力与混凝土碳化深度的线性回归方程,且相关性较好。利用ANSYS强大的耦合功能,将碳化场与应力场耦合,模拟结果更接近工程实际,为后期模拟混凝土碳化后的开裂变形及计算裂缝宽度提供了理论依据。(3)在热-结构耦合模型的基础上,通过给模型施加不同的荷载,观察钢筋混凝土的裂缝扩展情况,发现荷载在某一范围内,荷载越大,裂缝宽度越大,裂缝条数也增多。施加相同的荷载,模拟不同碳化深度下混凝土的开裂情况,发现碳化深度较小时,对裂缝宽度的影响不明显,当碳化深度超过某一范围时,对裂缝宽度的影响明显。(4)将裂缝宽度模拟值与理论值对比,发现数值模拟得到的裂缝宽度精度满足要求;将模拟值与实际测量值对比,结果表明混凝土碳化深度与裂缝宽度的关系曲线近似相同;根据实际测量值,本文建立了裂缝宽度和碳化深度的关系曲线,近似成二次函数关系;根据数值模拟值,应用MATLAB软件拟合了裂缝宽度和碳化深度以及荷载的二元一次函数关系式,为日后对工程进行耐久性评价奠定了基础。