工程中常用混凝土的有效导热系数较低,在太阳辐射、气温骤变等环境因素的影响下,将在结构内部产生较大的温度效应,极有可能导致混凝土结构发生开裂。而提高混凝土的有效导热系数是减小混凝土结构温度效应和防止混凝土桥梁结构出现温度裂缝的有效方法。本文围绕高导热性混凝土细观数值模拟与工程应用开展如下研究:(1)从混凝土材料的细观结构特征出发,提出一种任意级配混凝土有效导热系数的细观数值计算方法及其考虑孔隙的修正方法,并根据已有试验结果验证了两种方法正确性,结果表明两者均能用于混凝土导热系数的预测,且后者精度更高;同时,提出了骨料二维级配概念,并证明二维级配曲线存在,且与三维级配曲线一一对应。(2)基于任意级配混凝土细观数值模型,提出一种任意级配钢纤维混凝土细观数值模型的建立方法,分别研究了钢纤维掺量、铁矿砂对普通细集料的置换率、骨料类型及骨料体积分数对混凝土有效导热系数的影响,并给出提高混凝土导热系数的相关建议。(3)利用太阳物理学原理及气象资料构造边界条件,基于传热学和泛函极值算法推导了二类、三类耦合边界下非稳态温度场的计算公式,系统说明了混凝土桥塔非线性瞬态温度场的计算方法,并根据两桥塔温度场实测结果验证了该方法的正确性。同时,分别研究了实心截面和空心截面桥塔日照温度分布特点。(4)以混凝土桥塔为例,利用混凝土桥塔非线性瞬态温度场的计算方法与高导热性混凝土细观数值模拟的相关结论,研究了提高混凝土有效导热系数对桥塔结构温度效应的影响,为高导热性混凝土在工程中的应用提供依据。