本文以氯离子诱导的钢筋锈蚀为钢筋混凝土结构劣化的主线，将钢筋混凝土结构的服役寿命定义为锈蚀开始阶段和锈蚀发展阶段，为建立冻融和荷载耦合作用下钢筋混凝土结构服役寿命的预测模型，做了以下几个方面的工作： 1.混凝土中氯离子扩散系数的研究混凝土可看作是多尺度条件下的复合材料，包含了纳米到微米量级的水化产物和孔隙以及缺陷、微米量级的未水化水泥颗粒、微米到毫米量级的集料粒子。基于混凝土的这个结构特点，运用均匀化方法，建立了从微观到细观再到宏观的预测混凝土氯离子扩散系数的多尺度模型，并验证了该模型的有效性。 2.“氯盐-荷载-冻融循环”耦合因素作用下钢筋混凝土在锈蚀开始阶段的寿命预测模型的建立从某种程度而言，力学因素和冻融循环对结构混凝土宏观性能的影响都源自于材料孔隙率的变化，从而本文以孔隙率作为微观结构参数，借鉴各向同性损伤理论来表征力学因素引起的孔隙率的变化，借助多孔力学理论表达冻融循环引起的净浆孔隙率变化，研究混凝土在力学和冻融作用下微观结构的演化。结合上面的预测混凝土氯离子扩散系数的多尺度模型，采用差分数值计算方法计算钢筋表面的氯离子浓度，建立了“氯盐-荷载-冻融循环”耦合因素作用下钢筋混凝土在锈蚀开始阶段的寿命预测模型。 3.锈蚀开始阶段寿命预测模型的验证分别对氯盐、荷载、冻融循环三个因素中任意一个因素、任意两个因素及三个因素共同作用下钢筋混凝土的劣化过程的模拟做了验证，与文献数据相比较的结果表明，三种情况下的模拟结果与试验结果具有很好的相关性。 4.基于锈蚀力学理论，对锈蚀发展阶段寿命预测模型的修正从①钢筋锈蚀产物与产生的膨胀力或膨胀位移之间的关系；②钢筋的锈蚀速率；③开裂条件三个方面着手，结合锈蚀开始阶段混凝土结构劣化的结果，对开裂条件修正，建立预测锈蚀发展阶段服役寿命的模型。 5.模型的应用将上面提出的寿命预测模型应用于杭州湾跨海大桥，对海上桩基、陆上承台墩身，陆上钢箱梁三个部位钢筋混凝土结构的寿命进行了预测，结果显示，锈蚀开始阶段三个部位钢筋混凝土结构的寿命分别为169.2年、97.3年、97.0年，锈蚀发展阶段的服役寿命因钢筋直径不同而有所不同，在0.2～0.8年范围内变化。