随着经济和科学技术的快速发展,普通混凝土已经不能满足当今建筑发展的需要。在混凝土中加入适量的钢纤维可以有效地增加构件的延性和极限承载力等性能,因而钢纤维混凝土广泛应用于隧道、桥面铺装、路面结构等工程。但近年来钢纤维锈蚀的问题日渐显露,严重影响了结构的安全和使用寿命。目前对锈蚀后钢纤维混凝土力学性能的研究多侧重于试验方面,对钢纤维锈蚀问题的数值模拟研究较少,所以本研究以相关试验研究为基础,采用细观有限元数值模拟方法,模拟分析发生锈蚀后的钢纤维混凝土构件宏观力学性能、损伤破坏过程和损伤破坏机理。本文主要内容有以下几点:(1)本文研究钢纤维锈蚀的两种形态:均匀锈蚀和局部锈蚀,钢纤维锈蚀层厚度计算借鉴了已有相关研究提出的经验公式,并与试验结果进行了验证。以相关试验研究为参考,确定了钢纤维锈蚀后锈蚀层弹性模量的折损量以及锈蚀层与砂浆之间的粘结强度的参考值。(2)建立随机骨料模型,利用蒙特卡洛方法及瓦拉文公式等,将三维模型转化为二维模型。结合试验研究采用的配合比设计,建立钢纤维锈蚀混凝土构件的二维细观有限元分析模型。(3)采用细观有限元方法对钢纤维锈蚀混凝土的宏观弹性模量和泊松比等宏观力学性能进行了准确预测,并与相关试验进行对比分析,钢纤维锈蚀率分别为3.418%、4.963%时,本文的细观有限元模拟结果与试验结果误差为6.1%、4.1%,验证本文采用细观有限元方法具有可行性,为减少试验工作量提供了可靠的替代方法。(4)研究钢纤维锈蚀后的钢纤维混凝土构件在单轴拉伸、压缩和三点弯曲等多种工况下损伤破坏过程及裂纹产生和扩展规律、对整体宏观性能的影响等。在砂浆内部及界面间砂浆与骨料之间界面、砂浆与钢纤维锈蚀层之间界面、锈蚀层与钢纤维之间界面分别嵌入粘聚力单元,建立准确可靠的有限元计算模型。(5)本文通过数值模拟钢纤维锈蚀混凝土构件单轴压缩、拉伸及三点弯曲试验,得到以下主要结论:单轴拉伸、压缩,粘聚力单元被拉开,最先产生破坏为砂浆和锈蚀层的界面处,之后界面及砂浆内部开始产生裂缝,最后形成贯通的裂缝。对于三点弯曲模拟,因梁的下部受力最大,所以裂缝从下部缺口处开始逐渐产生微小的裂缝,然后向上发展,最后形成贯通的裂缝。考虑三种因素对裂缝发展路径的影响,弹性模量降低及粘结强度的降低,均会改变裂缝发展的路径,并且裂缝的数量也会增多,极限荷载及延性也降低。