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纤维增强复合材料（Fiber Reinforced Polymer, FRP）凭借其比强度高、比模量高、抗腐蚀性和耐久性好的特点，在大跨、高耸、特殊工程条件以及修复和加固工程中得到广泛应用。然而，众多研究表明在 FRP 外贴加固工程中，FRP 与混凝土界面采用的有机粘结材料易于老化，严重影响了 FRP 的利用率和加固效果。近年来，水泥基复合材料（Engineered Cementitious Composites, ECC）凭借其超高延性、裂缝宽度小和耐久性好等优点被尝试作为一种无机胶粘材料与FRP网格相结合(FRP/ECC)共同用于加固混凝土结构，以争取在有效利用 FRP 材料的同时，对混凝土结构起到持久的增强效果。本文为了研究 FRP/ECC 复合约束混凝土圆柱和棱柱在单调和反复受压荷载作用下的力学性能，主要开展了以下几个方面的研究工作，为工程设计和数值模拟提供依据。
（1）考虑 FRP 网格种类、层数和 ECC 配和比等因素，分别对碳纤维增强复合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer, CFRP）网格增强 ECC(CFRP/ECC)和玄武岩纤维增强复合材料（Basalt Fiber Reinforced Polymer, BFRP）网格增强ECC(BFRP/ECC)试件进行了静力轴向拉伸试验，研究FRP网格增强ECC的轴拉力学性能。试验结果表明：FRP/ECC试件破坏形态均表现为多点开裂且裂缝宽度小的特点；随着 FRP网格层数的增加，FRP/ECC的极限抗拉强度均显著增大；相对CFRP/ECC，BFRP/ECC更能充分地发挥FRP网格的材料性能以及ECC基体的高延伸性；同比例掺矿粉制成的ECC，其抗压强度、开裂应变及应力高于掺粉煤灰制成的 ECC；同比例 FRP网格/矿粉 ECC试件相对 FRP/粉煤灰 ECC 试件能获得更高的抗拉强度。结合试验数据，基于 Richard 和Abbot的通用弹塑性应力-应变公式提出FRP/ECC的轴拉应力-应变本构关系模型。分析结果表明，建立的FRP/ECC轴向受拉本构关系模型可以有效地预测FRP/ECC复合材料的应力-应变关系及极限抗拉强度。
（ 2 ）考虑 FRP 网格种类、层数及试验加卸载方式，采用非接触式观测技术（Digital Image Correlation, DIC）和传统应变片测量方法，对FRP/ECC试件进行了单轴反复拉伸荷载试验，研究 FRP/ECC在反复拉伸荷载作用下的力学性能，同时验证 DIC在复合材料试验中应用的有效性。试验结果表明，不同加卸载方式对 FRP/ECC 复合材料试件的加卸载路径有显著影响，但对其极限应力/应变的影响较小；BFRP/ECC 复合材料的变形回复能力要优于 CFRP/ECC 复合材料；DIC 能有效地捕捉到试件的开裂，裂缝的萌生和发展过程，并能提供有效的应变数据。在试验结果的基础上，提出了FRP/ECC复合材料反复荷载轴向拉伸本构关系模型，并对FRP/ECC反复轴拉试验所得应力-应变曲线进行了验证。分析结果表明，采用模型所得结果与试验结果吻合良好，能有效地预测FRP/ECC复合材料在反复拉伸荷载作用下的力学性能。
（3）为了使混凝土三维网格离散颗粒模型能有效应用于模拟纤维混凝土构件在反复荷载下的力学性能，需要对其混凝土的反复本构关系模型进行了修正。基于原有的混凝土本构关系模型，并结合裂缝闭合理论及塑性损伤模型，建立了适用于三维网格离散颗粒模型的混凝土加卸载本构关系模型。其中，受拉模型中单调加载的本构关系根据有效应力和有效应变确定，但反复加卸载准则依据正应力-正应变及剪应力-剪应变的关系分别建立，保证混凝土从受拉状态转变到受压状态时的平滑过渡。在受拉加卸载准则中分别采用材料参数 kt控制混凝土的刚度衰减、残余塑性应变及能量耗散；在受压加卸载准则中通过控制卸载刚度 Ed和材料参数 kc分别控制加卸载刚度和能量耗散。将本构关系模型嵌入到有限元分析软件中对混凝土构件在反复拉压、静水压力以及反复受压条件下的力学性能进行了数值模拟分析。分析结果表明，建立的反复本构关系模型能有效地模拟混凝土在不同受力条件下的破坏形态、应力-应变关系、残余应变以及加卸载过程中的能量耗散。
（4）为了验证纤维混凝土网格离散颗粒模型能够有效模拟纤维水泥基复合材料(ECC)的破坏形态和受拉力学性能，同时为了分析BFRP/ECC及CFRP/ECC的破坏机理及力学性能。考虑不同网格数量，进行了 CFRP/ECC 狗骨形试件的轴向力学试验。采用三维纤维混凝土网格离散颗粒模型对ECC以及BFRP/ECC和CFRP/ECC的轴向拉伸进行了数值模拟。模拟结果显示，该模型能有效模拟ECC以及FRP/ECC的破坏形态以及应力应变关系；BFRP硬质网格相对于CFRP柔性网格与ECC的粘结强度和协同变形能力更强；CFRP 柔性网格与 ECC 复合时产生相对滑移造成网格利用率低，同时其高弹性模量限制了ECC的延性和裂缝开展。
（5）考虑BFRP编织网表面处理、层数和ECC施工工艺等因素，对BFRP编织网/ECC 复合约束钢筋混凝土圆柱进行了静力轴向受压试验，研究约束柱的承载力和变形能力。试验结果表明，约束柱的破坏形态表现为BFRP柔性编织网断裂；BFRP编织网经过表面处理后，显著地改善了其与 ECC 的界面粘结性能和共同工作性能；随着编织网配置率的增加，约束柱的峰值荷载和相应的峰值位移均有所提高；涂抹 ECC 和喷射ECC与 FRP编织网形成的复合增强层，均能对核心钢筋混凝土柱提供有效的侧向约束应力，延缓了纵筋的屈服。在试验研究的基础上，利用有限元软件建立了增强柱的数值分析模型。计算结果表明，本文建立的非线性有限元模型，可以有效地预测 FRP 编织网增强ECC复合约束柱的峰值荷载和应力-应变曲线。
（6）考虑核心柱的混凝土强度等级和几何形状，增强层的FRP网格层数以及单调和反复荷载工况等因素，对FRP网格/ECC复合增强混凝土短柱进行了轴向受压试验，研究约束柱的承载力和变形能力。试验结果表明，约束柱的破坏形态表现为CFRP柔性网格断裂；随着网格层数的增加，约束柱的极限荷载和变形性能均有所提高，但随着核心混凝土强度等级的提高，复合约束柱的极限承载力提高幅度逐渐降低。同时，试验结果表明在反复荷载作用下 FRP/ECC 复合约束柱的极限承载力要略小于单调荷载下的极限承载力。此外，根据试验结果并结合 FRP约束混凝土的应力-应变关系模型，本文针对FRP/ECC复合约束圆柱和棱柱在单调和反复荷载作用下分别提出了相应的应力-应变关系模型。分析结果表明，模型所得轴向应力-轴向应变以及轴向应力-环向应变关系曲线均与试验值吻合良好。
（1）考虑 FRP 网格种类、层数和 ECC 配和比等因素，分别对碳纤维增强复合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer, CFRP）网格增强 ECC(CFRP/ECC)和玄武岩纤维增强复合材料（Basalt Fiber Reinforced Polymer, BFRP）网格增强ECC(BFRP/ECC)试件进行了静力轴向拉伸试验，研究FRP网格增强ECC的轴拉力学性能。试验结果表明：FRP/ECC试件破坏形态均表现为多点开裂且裂缝宽度小的特点；随着 FRP网格层数的增加，FRP/ECC的极限抗拉强度均显著增大；相对CFRP/ECC，BFRP/ECC更能充分地发挥FRP网格的材料性能以及ECC基体的高延伸性；同比例掺矿粉制成的ECC，其抗压强度、开裂应变及应力高于掺粉煤灰制成的 ECC；同比例 FRP网格/矿粉 ECC试件相对 FRP/粉煤灰 ECC 试件能获得更高的抗拉强度。结合试验数据，基于 Richard 和Abbot的通用弹塑性应力-应变公式提出FRP/ECC的轴拉应力-应变本构关系模型。分析结果表明，建立的FRP/ECC轴向受拉本构关系模型可以有效地预测FRP/ECC复合材料的应力-应变关系及极限抗拉强度。
（ 2 ）考虑 FRP 网格种类、层数及试验加卸载方式，采用非接触式观测技术（Digital Image Correlation, DIC）和传统应变片测量方法，对FRP/ECC试件进行了单轴反复拉伸荷载试验，研究 FRP/ECC在反复拉伸荷载作用下的力学性能，同时验证 DIC在复合材料试验中应用的有效性。试验结果表明，不同加卸载方式对 FRP/ECC 复合材料试件的加卸载路径有显著影响，但对其极限应力/应变的影响较小；BFRP/ECC 复合材料的变形回复能力要优于 CFRP/ECC 复合材料；DIC 能有效地捕捉到试件的开裂，裂缝的萌生和发展过程，并能提供有效的应变数据。在试验结果的基础上，提出了FRP/ECC复合材料反复荷载轴向拉伸本构关系模型，并对FRP/ECC反复轴拉试验所得应力-应变曲线进行了验证。分析结果表明，采用模型所得结果与试验结果吻合良好，能有效地预测FRP/ECC复合材料在反复拉伸荷载作用下的力学性能。
（3）为了使混凝土三维网格离散颗粒模型能有效应用于模拟纤维混凝土构件在反复荷载下的力学性能，需要对其混凝土的反复本构关系模型进行了修正。基于原有的混凝土本构关系模型，并结合裂缝闭合理论及塑性损伤模型，建立了适用于三维网格离散颗粒模型的混凝土加卸载本构关系模型。其中，受拉模型中单调加载的本构关系根据有效应力和有效应变确定，但反复加卸载准则依据正应力-正应变及剪应力-剪应变的关系分别建立，保证混凝土从受拉状态转变到受压状态时的平滑过渡。在受拉加卸载准则中分别采用材料参数 kt控制混凝土的刚度衰减、残余塑性应变及能量耗散；在受压加卸载准则中通过控制卸载刚度 Ed和材料参数 kc分别控制加卸载刚度和能量耗散。将本构关系模型嵌入到有限元分析软件中对混凝土构件在反复拉压、静水压力以及反复受压条件下的力学性能进行了数值模拟分析。分析结果表明，建立的反复本构关系模型能有效地模拟混凝土在不同受力条件下的破坏形态、应力-应变关系、残余应变以及加卸载过程中的能量耗散。
（4）为了验证纤维混凝土网格离散颗粒模型能够有效模拟纤维水泥基复合材料(ECC)的破坏形态和受拉力学性能，同时为了分析BFRP/ECC及CFRP/ECC的破坏机理及力学性能。考虑不同网格数量，进行了 CFRP/ECC 狗骨形试件的轴向力学试验。采用三维纤维混凝土网格离散颗粒模型对ECC以及BFRP/ECC和CFRP/ECC的轴向拉伸进行了数值模拟。模拟结果显示，该模型能有效模拟ECC以及FRP/ECC的破坏形态以及应力应变关系；BFRP硬质网格相对于CFRP柔性网格与ECC的粘结强度和协同变形能力更强；CFRP 柔性网格与 ECC 复合时产生相对滑移造成网格利用率低，同时其高弹性模量限制了ECC的延性和裂缝开展。
（5）考虑BFRP编织网表面处理、层数和ECC施工工艺等因素，对BFRP编织网/ECC 复合约束钢筋混凝土圆柱进行了静力轴向受压试验，研究约束柱的承载力和变形能力。试验结果表明，约束柱的破坏形态表现为BFRP柔性编织网断裂；BFRP编织网经过表面处理后，显著地改善了其与 ECC 的界面粘结性能和共同工作性能；随着编织网配置率的增加，约束柱的峰值荷载和相应的峰值位移均有所提高；涂抹 ECC 和喷射ECC与 FRP编织网形成的复合增强层，均能对核心钢筋混凝土柱提供有效的侧向约束应力，延缓了纵筋的屈服。在试验研究的基础上，利用有限元软件建立了增强柱的数值分析模型。计算结果表明，本文建立的非线性有限元模型，可以有效地预测 FRP 编织网增强ECC复合约束柱的峰值荷载和应力-应变曲线。
（6）考虑核心柱的混凝土强度等级和几何形状，增强层的FRP网格层数以及单调和反复荷载工况等因素，对FRP网格/ECC复合增强混凝土短柱进行了轴向受压试验，研究约束柱的承载力和变形能力。试验结果表明，约束柱的破坏形态表现为CFRP柔性网格断裂；随着网格层数的增加，约束柱的极限荷载和变形性能均有所提高，但随着核心混凝土强度等级的提高，复合约束柱的极限承载力提高幅度逐渐降低。同时，试验结果表明在反复荷载作用下 FRP/ECC 复合约束柱的极限承载力要略小于单调荷载下的极限承载力。此外，根据试验结果并结合 FRP约束混凝土的应力-应变关系模型，本文针对FRP/ECC复合约束圆柱和棱柱在单调和反复荷载作用下分别提出了相应的应力-应变关系模型。分析结果表明，模型所得轴向应力-轴向应变以及轴向应力-环向应变关系曲线均与试验值吻合良好。