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钢结构表面锈坑可降低钢材塑性和断裂韧性，加快裂纹扩展，这无疑对钢结构后续服役期疲劳性能产生影响。锈蚀引起的疲劳断裂是钢结构较为常见的一种破坏，有效预测锈蚀钢结构剩余寿命是研究钢结构耐久性的一个重要方面。本文采用理论分析、试验研究及有限元分析相结合的方法，对交变荷载作用下锈蚀钢材疲劳裂纹扩展规律和疲劳寿命进行研究，主要研究内容和成果如下：
(1)基于不同腐蚀时间钢材表面形貌扫描结果，对中性盐雾环境下锈蚀 Q235钢材表面点蚀坑深度(a)，宽度(c)及相邻蚀坑间距(S)进行了分析统计。分析结果表明，点蚀坑深度，宽度及相邻蚀坑间距服从正态分布，随着腐蚀程度增大，蚀坑深度和宽度均值逐渐增大，变异系数逐渐减小，而相邻蚀坑间距均值和变异系数则逐渐减小，钢材锈蚀表面不规则程度逐渐降低。分形理论分析结果表明，随着a、c的均值和最大值的增加，锈蚀钢材表面分形维数逐渐增大，其不均匀程度逐渐显著；同时，随着S均值和最大值的增加，锈蚀钢材表面的分形维数先增大后减小，其不均匀程度先上升后降低。
(2)根据Q235锈蚀钢材单调拉伸试验结果和表面蚀坑形貌测量结果，分析了屈服强度、弹性模量、强屈比及伸长率随点蚀坑深度、宽度及相邻蚀坑间距的变化规律，建立了锈蚀钢材弹性模量、屈服强度、强屈比及伸长率计算模型；利用数值方法所得不同试件的应力集中系数，从微观角度解释了锈蚀试件材性性能的退化机理。
(3)根据钢材表面蚀坑形貌参数和疲劳断口分析结果，研究了锈蚀程度与钢材疲劳断裂源类型，疲劳寿命之间的关系。研究结果表明，腐蚀前期钢材疲劳失效主要源于单一深窄状(D-n)蚀坑的断裂，腐蚀后期钢材疲劳失效主要由于浅宽状(W-s)蚀坑引起的多断裂源断裂，锈蚀钢材剩余疲劳寿命与点蚀坑参数a、c、Sq/Sa、ra/rc有关。本文利用不同疲劳应力水平下的疲劳试验结果，建立基于不规则锈蚀表面分形维数的剩余疲劳寿命退化模型，提出具有特定锈蚀表面钢材的剩余疲劳寿命预测方法。
(4)根据蚀坑微观形状特征，建立了基于蚀坑形状参数的应力强度因子计算模型，并利用短裂纹理论，对交变荷载作用下锈蚀钢材应力强度因子门槛进行了修正。借助有限元方法，分析了点蚀坑深度、宽度及相邻蚀坑间距的平均值和最大值对蚀坑交互作用的影响。提出了相邻蚀坑交互作用程度计算方法，建立了评定不同锈蚀程度钢材在相邻蚀坑交互作用下的起裂准则。
(5)借助短裂纹理论，建立了基于裂纹闭合效应的锈蚀钢材疲劳裂纹扩展速率预测模型(FCGR-MPI)。通过与疲劳裂纹扩展试验对比发现，运用FCGR-MPI模型可实现疲劳裂纹扩展速率精确预测。通过有限元方法对诱导微裂纹萌生的宏观点蚀坑位置进行分析，并根据蚀坑损伤区域内的表面轮廓特征，提出了锈蚀损伤钢材试件疲劳寿命预测方法。
(1)基于不同腐蚀时间钢材表面形貌扫描结果，对中性盐雾环境下锈蚀 Q235钢材表面点蚀坑深度(a)，宽度(c)及相邻蚀坑间距(S)进行了分析统计。分析结果表明，点蚀坑深度，宽度及相邻蚀坑间距服从正态分布，随着腐蚀程度增大，蚀坑深度和宽度均值逐渐增大，变异系数逐渐减小，而相邻蚀坑间距均值和变异系数则逐渐减小，钢材锈蚀表面不规则程度逐渐降低。分形理论分析结果表明，随着a、c的均值和最大值的增加，锈蚀钢材表面分形维数逐渐增大，其不均匀程度逐渐显著；同时，随着S均值和最大值的增加，锈蚀钢材表面的分形维数先增大后减小，其不均匀程度先上升后降低。
(2)根据Q235锈蚀钢材单调拉伸试验结果和表面蚀坑形貌测量结果，分析了屈服强度、弹性模量、强屈比及伸长率随点蚀坑深度、宽度及相邻蚀坑间距的变化规律，建立了锈蚀钢材弹性模量、屈服强度、强屈比及伸长率计算模型；利用数值方法所得不同试件的应力集中系数，从微观角度解释了锈蚀试件材性性能的退化机理。
(3)根据钢材表面蚀坑形貌参数和疲劳断口分析结果，研究了锈蚀程度与钢材疲劳断裂源类型，疲劳寿命之间的关系。研究结果表明，腐蚀前期钢材疲劳失效主要源于单一深窄状(D-n)蚀坑的断裂，腐蚀后期钢材疲劳失效主要由于浅宽状(W-s)蚀坑引起的多断裂源断裂，锈蚀钢材剩余疲劳寿命与点蚀坑参数a、c、Sq/Sa、ra/rc有关。本文利用不同疲劳应力水平下的疲劳试验结果，建立基于不规则锈蚀表面分形维数的剩余疲劳寿命退化模型，提出具有特定锈蚀表面钢材的剩余疲劳寿命预测方法。
(4)根据蚀坑微观形状特征，建立了基于蚀坑形状参数的应力强度因子计算模型，并利用短裂纹理论，对交变荷载作用下锈蚀钢材应力强度因子门槛进行了修正。借助有限元方法，分析了点蚀坑深度、宽度及相邻蚀坑间距的平均值和最大值对蚀坑交互作用的影响。提出了相邻蚀坑交互作用程度计算方法，建立了评定不同锈蚀程度钢材在相邻蚀坑交互作用下的起裂准则。
(5)借助短裂纹理论，建立了基于裂纹闭合效应的锈蚀钢材疲劳裂纹扩展速率预测模型(FCGR-MPI)。通过与疲劳裂纹扩展试验对比发现，运用FCGR-MPI模型可实现疲劳裂纹扩展速率精确预测。通过有限元方法对诱导微裂纹萌生的宏观点蚀坑位置进行分析，并根据蚀坑损伤区域内的表面轮廓特征，提出了锈蚀损伤钢材试件疲劳寿命预测方法。