本文以锈蚀钢筋拉伸本构关系和特征规律为主要研究内容。结合物理模型实验、理论推导和有限元方法,开展了锈蚀钢筋拉伸应力应变模型构建和多层面分析。主要工作和成果如下:1)三种不同工况钢筋的成型工作完成后,对完好钢筋进行了单轴拉伸试验获其本构曲线,提取并构建了其本构特征点信息库以及进行了强度分布验证,为后续材料随机性对钢筋性能影响规律性研究提供基础。对开槽钢筋和加速锈蚀钢筋先后进行了3D扫描获取其表观形貌数据与单轴实验拉伸获得本构关系,分别为有限元模型构建与理论解析模型提供数据支撑。2)基于锈蚀钢筋表观形貌参数对其性能影响的基本理解,采用开槽方式模拟钢筋锈蚀,推导出锈蚀钢筋拉伸本构的简化解析模型。基于开槽钢筋的实验数据验证,该解析模型可以较好的表征锈蚀钢筋本构特征,以此为基础对锈蚀钢筋的性能劣化机理及其影响因素进行了规律性分析。结果表明:锈蚀钢筋的强度随着截面锈蚀率的增加而降低。屈服应变和强化应变随着锈蚀深度的增大而降低,然而极限应变随着锈蚀深度增加先呈现下降趋势然后不变。当锈蚀钢筋处于轻度锈蚀时依然具有较长屈服平台,然而当锈蚀钢筋处于严重锈蚀状态时,钢筋的屈服平台变短。3)基于锈蚀钢筋表观形貌数据实现了锈蚀钢筋应力应变的有限元模型的构建,其有效性经锈蚀钢筋拉伸试验结果验证,以此为基础分析了锈蚀钢筋的拉伸应力应变的变化特征及其内在机制等。数值模拟分析表明:钢筋的锈蚀会影响钢筋内部应力传递规律,钢筋锈蚀产生的坑蚀会改变内部材料受力状态等。4)协调分析精度和计算成本及可行性,基于锈蚀钢筋的奇异函数模型对其拉伸本构进行了蒙特卡洛模拟分析,随机数字模拟了材料随机性等因素对锈蚀钢筋拉伸本构及最小截面破坏概率的影响规律。结果表明:材料随机性会造成钢筋极限应变的差异,极限应变的变异系数随着锈蚀程度的增加而增大,但变异系数都较小,故材料随机性对钢筋性能带来的影响可以忽略。当锈蚀钢筋的强度服从不同的分布时,对应的最小截面破坏概率受最小面积和次小截面面积的差值的影响体现出不同的敏感性,但随着两截面的差值的增加强度的随机性对最小截面的破坏概率影响更小。