钢筋混凝土结构因其性能优良而广泛应用于土木工程领域。然而,钢筋混凝土结构在服役过程中不可避免的存在老化损伤。锈蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性最主要的原因之一,锈蚀形态以局部锈蚀最为常见。局部锈蚀会削弱钢筋的有效截面积,使钢筋强度和延性发生退化,降低结构的承载能力。已有试验研究表明,材料的断裂主要发生在坑蚀位置,坑蚀对疲劳裂纹形成与发展影响较大。另外,局部锈蚀在锈坑处极易引发应力扰动,致使锈坑附近产生应力集中。为研究锈坑位置处应力集中对钢筋力学性能的影响,采用在钢筋表面制作不同的缺口来模拟钢筋的局部锈蚀形态,探讨了锈坑形状和尺寸对钢筋力学性能的影响。在此基础上。建立了相应的有限元模型并进行验证分析。本文的主要工作如下:(1)开展了不同缺口类型钢筋轴向静力拉伸和轴向疲劳拉伸试验。制作一批不同缺口形状和三维尺寸的钢筋样本,选取合适的测量设备,确定试验的加载制度。通过静力拉伸试验测得了不同形状和三维尺寸缺口钢筋的表面应力集中系数,得到了钢筋屈服荷载和极限荷载与缺口深度的定量关系。通过轴向疲劳拉伸试验回归了三组应力水平下钢筋疲劳寿命与缺口深度的函数关系、三角形和径向椭圆形缺口的深宽比与疲劳寿命的函数关系、轴向椭圆形和变长度三角形缺口长宽比与疲劳寿命的函数关系,建立了四种缺口类型钢筋的应力范围-疲劳寿命-缺口深度的疲劳曲线方程。(2)对缺口附近的应力状态进行了数值模拟分析。借助有限元分析软件ANSYS,建立了与试验相同几何形状的实体模型,运用精细的网格划分技术对三维实体模型划分网格,依此有限元模型,对试验测得的应力集中系数进行了检验。分析了缺口附近的Mises主应力分布情况,初步解释了缺口导致钢筋试件延性降低的原因。(3)建立了与缺口形状、三维尺寸和空间分布相关的表面应力集中系数的表达式。运用MATLAB相应工具箱,建立了单轴向椭圆缺口应力集中系数K10的经验表达式,并通过定义相关系数α、β、φ和0分别建立了三角形缺口应力集中系数与K10的关系;0°双轴向椭圆形缺口应力集中系数与Kto的关系;0°双轴向椭圆形缺口应力集中系数与90°、180°双轴向椭圆形缺口应力集中系数关系。简单分析了邻位90°、对位180°双轴向椭圆形缺口应力集中系数与单轴向椭圆缺口应力集中系数比值同缺口深度d的关系。