钢纤维混凝土具有优良的材料性能,尽管使用纤维来增强混凝土性能的概念已经熟知,但在钢纤维混凝土材料的数值分析上还存在不足之处。许多文献都将钢纤维混凝土看作一种宏观的材料,进行其力学性能分析,这种做法无法细致了解钢纤维混凝土的整个破坏过程。所以对于钢纤维混凝土材料进行细观尺度分析很有必要,细观尺度分析可以从细观尺度来了解其整个承载过程的受力行为,为以后的钢纤维混凝土优化设计提供指导。为此,大量学者开展了将实际的骨料和钢纤维建立在基体中的细观尺度模型,从细观的角度来重新认识结构受荷时的力学行为。目前在细观尺度分析方面,普通混凝土结构实现了骨料随机投放的三维建模与分析;但对钢纤维混凝土材料,目前主要是实现了二维的纤维与骨料的随机投放的几何建模,未能建立三维纤维与骨料的随机投放、单元划分和计算分析。钢纤维混凝土结构在细观尺度上三维的建模、单元划分和计算分析上,还未有深入的研究。基于上述现阶细观尺度数值分析方面的研究不足,本文采用理论研究、数值模拟和试验分析相结合的研究方法,进行SFRC三维细观尺度的数值分析的方法研究,本文主要的研究方法、研究内容和相关结论如下:(1)建立了一种快速有效的钢纤维在三维空间上随机生成的方法。钢纤维在三维基体中呈现随机分布,而且是按照一定数量,在限定的基体空间内存在。现有的方法无法快速、有效生成上述特性基体中的钢纤维。本文通过Ansys二次开发,开发出在指定空间内生成三维随机分布钢纤维的程序,可以使钢纤维在基体中呈现随机、均匀分布的状态,而且是按照一定数量,在限定空间内生成,将其作为SFRC几何模型建立的前处理工具;(2)针对目前研究中缺乏快速有效的三维细观尺度数值分析模型的建立方法。本文提出一种纤维混凝土细观力学分析模型,避免将钢纤维混凝土作为一种宏观材料来考虑其特性,而是采用宏观的混凝土与细观的钢纤维结合的SFRC三维细观尺度数值分析方法。采用将上述在Ansys中建立的三维随机分布钢纤维导入到MIDAS/FEA中,建立起有效的SFRC三维细观尺度的数值分析有限元模型,并进行非线性计算分析,并通过与既有抗弯、抗拉试验进行对比分析,得到了SFRC三维细观尺度的数值分析方法,模型可以模拟实际结构的抗弯、抗拉承载力,并能提取荷载位移曲线、钢纤维应力、混凝土拉压应力、结构裂缝等关键指标;(3)研究系统归纳了各种因素对钢纤维与混凝土之间的粘结性能的影响;探究了端钩型钢纤维的整个拔出过程,细致的总结了拔出过程中的每个阶段的受力及变形特征,得到了适用于本文的简化的纤维-基体粘结滑移本构关系,并提出了适用于本模型的钢纤维的名义粘结失效屈服强度公式。在此基础上得到的分析模型可以得到与实际试验数据一致的受力过程及破坏形式,对实际工程具有一定的指导意义;(4)进行了参数分析,分析纤维的长度,掺量等各种变量之间的关系。对实际工程具有极大的参考价值。