混凝土作为一种广泛应用于土木工程领域的复合材料,其复杂的宏观力学行为(如尺寸效应等)取决于其内在固有的非均质性和细观结构相互作用。因此,混凝土的宏细观关联机制越来越受到研究者的关注。该机制对进一步了解混凝土的破坏模式、强度及变形特性具有重要意义。细观数值模拟和梯度理论是研究宏细观关联机制的两种主要方法。然而,细观数值模拟需要完成尽可能多的细观描述来建立混凝土数值模型,但这种刻画极其繁琐,是一个非常艰难的任务;在许多梯度理论中,由于混凝土内禀长度参数的物理意义并不明确,所以必须通过实验建立经验模型来研究混凝土的宏细观关联机制。虽然这两种方法都能捕捉到混凝土的尺寸效应现象,但其内在机理却无法得到真正阐明。本文在Ⅰ阶梯度损伤理论框架下,提出了一种“宏观—细观”方法来研究混凝土材料的宏细观关联机制(特别是尺寸效应的跨尺度演化作用)。首先,本文为了模拟混凝土内在固有的非均质性及其细观结构,建立了由骨料、水泥砂浆和界面层所组成的随机骨料模型。以随机骨料模型为研究对象,基于Ⅰ阶梯度损伤理论中内禀长度参数lx的定义,验证了lx的不变性。然后,通过研究细观组分(骨料密度Pf和骨料粒径Φf)对内禀长度参数lx影响,完成了lx的提取工作。与此同时,采用混合夹杂模型确定了初始等效弹性模量、等效泊松比等其它宏观弹性材料参数;并采用数值均匀化方法计算了演化规律中的宏观损伤参数。其次,在Ⅰ阶梯度损伤理论框架,利用内禀长度参数lx,建立了一种新的跨尺度损伤数值模型来研究混凝土尺寸效应及其宏细观关联机制。通过自编的刚度—附加荷载法非线性有限元程序实现了该模型的数值计算。随后,利用跨尺度损伤数值模型模拟了纯弯混凝土梁的强度尺寸效应现象。研究结果表明,经典的抗弯强度和尺寸效应强度均受混凝土细观组分(骨料密度Pf和骨料粒径Φf)的影响:经典的抗弯强度和尺寸效应强度随着骨料粒径Φf的增加而增强,随着骨料密度Pf的增加而减弱。因此,通过研究混凝土细观组分(骨料密度Pf和骨料粒径Φf)对混凝土纯弯梁强度尺寸效应的影响,明晰了混凝土的一种宏细观关联机制。然后,利用本文所提出的跨尺度损伤数值模型研究了界面层对混凝土宏观力学行为的影响。研究结果表明,界面层对混凝土结构有着显著的影响:①在细观层面上,内禀长度参数lx随着界面层密度的增大而减小;②在宏观层面上,混凝土的经典强度和尺寸效应强度均随界面层密度的增大而减小。因此,本文通过对界面层的研究,揭示了混凝土的另一种宏细观关联机制。最后,通过与具体实验结果和数值模拟结果的对比研究,验证了本文研究的正确性。除此之外,本文研究结果与其他的著名的尺寸效应规律的结果(如尺寸效应Bazant定律,Carpinteri多重分形尺寸律和Weibull统计理论)都是一致的。本文在Ⅰ阶梯度损伤理论框架下,提出了一种“宏观—细观”方法来研究混凝土尺寸效应的跨尺度演化现象及其宏细观关联机制。其中,内禀长度参数lx可以搭建起混凝土细观结构与宏观力学响应之间的桥梁,在此基础上,建立的跨尺度损伤数值模型便可明晰混凝土尺寸效应及其宏细观关联机制。