长期暴露于一般大气和近海大气腐蚀环境中的钢结构极易遭受锈蚀损伤,而锈蚀是造成钢结构耐久性劣化的主要因素之一。由于结构类型、服役环境和防护措施等因素影响,锈蚀后钢材的表面形貌及力学性能具有显著的随机性特征。本文通过对一般大气和近海大气环境下锈蚀钢材的表面形貌特征参数进行统计分析,建立了锈蚀深度随机场模型和锈坑随机分布模型,实现了一般大气和近海大气全面腐蚀和点蚀表面形貌模拟。再结合有限元,开展了大规模数值模拟和参数化分析,研究了锈蚀钢板各力学性能参数与体积损失率相关关系,建立了一般大气和近海大气全面腐蚀和点蚀随机本构模型,为在役钢结构的服役性能与可靠性评估奠定基础。本文主要研究内容如下:(1)根据锈蚀钢板表面扫描结果,基于MATLAB软件编程,提取出不同腐蚀龄期锈蚀钢板的锈坑深度、径深比、锈坑体积等表面特征参数,利用概率统计方法研究了锈蚀钢板表面特征参数的分布规律,揭示了平均锈蚀深度均值与其他特征参数之间变化规律,提出了锈蚀深度随机场模型和锈坑随机分布模型,实现了锈蚀钢板表面特征模拟与有限元模型三维重建。(2)利用锈蚀深度随机场模型,生成大量不同锈蚀程度的一般大气和近海大气全面腐蚀表面形貌模型,研究全面腐蚀对钢板力学性能退化规律的影响,分别建立了两种环境下全面腐蚀钢材力学性能退化规律的概率模型和随机本构模型。(3)利用锈坑随机分布模型,生成大量不同锈蚀程度的一般大气和近海大气的点蚀形貌模型,研究点蚀对钢板力学性能退化规律的影响,分别建立了两种环境下点蚀钢材力学性能退化规律的概率模型和随机本构模型。