钢纤维混凝土（SFRC）相较于传统混凝土具有更好的抗拉、抗弯、抗冲击性能,也具有更好的韧性和耐久性。前人对SFRC力学性能和结构设计优化进行了诸多探索,随着生产生活水平的提高,SFRC的发展既需要满足安全可靠的强度要求,还要朝着降低成本、提高经济效益的方向发展,例如将SFRC应用于盾构管片中,可起到减少钢筋用量和控制裂缝发展的良好效果;将钢纤维混凝土应用到煤矿沿空留巷隔墙的工程建设中,会因提高留巷隔墙的韧性而产生巨大的经济效益。伴随着计算机科技的蓬勃发展,利用数值模拟和人工神经网络等手段对SFRC力学性能及其应用的工程结构进行定性分析,将大大减少重复性的试验活动,从而比较科学地进行材料和结构的推广应用。本论文通过实验室试验、数值模拟及足尺试验等手段,对SFRC的力学性能展开系统研究。首先,对端钩型钢纤维在混凝土中的力学性能进行了定性与定量的研究,提出了端钩弯曲角度的概念,探究钢纤维端钩弯曲角度、长径比以及掺量对SFRC力学性能的影响规律,并提出了考虑端钩弯曲角度的SFRC弯拉强度计算公式。其次,基于Model Code 2010建议的本构模型对CDP本构模型进行修正,并通过FORTRAN语言编写VUMAT子程序,对非线性有限元模拟软件的材料属性进行二次开发,将修正的本构模型应用于数值模拟,并与GA优化的BP人工神经网络相结合,在SFRC的基本力学试验和弯曲试验中得到了成功验证。最后,将端钩型钢纤维应用于盾构管片,将管片的足尺试验与采用新本构模型的数值模拟相结合,对钢纤维部分或全部替代钢筋的SFRC管片的力学性能与破坏机理进行系统研究,丰富了端钩型SFRC力学性能和结构方面的理论。论文的主要研究工作分以下四个方面:（1）针对掺入端钩型钢纤维的SFRC提出了考虑端钩弯曲角度影响的研究思路,通过对不同掺量、不同长径比和不同端钩弯曲角度的端钩型钢纤维的SFRC进行抗压、抗拉及抗弯性能方面的研究。研究表明随着钢纤维端钩弯曲角度、钢纤维长径比以及钢纤维掺量的增加,SFRC的抗压强度、抗拉强度、弹性模量和抗弯强度均有不同程度的增加,并发现钢纤维掺量是影响SFRC力学性能的关键因素,只有钢纤维端钩弯曲角度在一定范围内变化时,增加钢纤维长径比才会对SFRC的抗弯性能造成影响。（2）通过对SFRC进行四分点和三分点试验,提出了考虑端钩弯曲角度的弯拉强度计算公式,并通过验证性试验对计算公式进行验证,误差小于6%,说明了公式的正确性。并结合数值仿真编写VUMAT子程序将修正的CDP本构模型进行二次开发,模拟SFRC梁的四分点和三分点试验。研究表明数值模拟所得的应力云图、变形云图、受拉和受压损伤云图均与物理试验吻合较好,模拟所得荷载-挠度曲线与试验所得荷载-挠度曲线匹配甚好。（3）通过人工神经网络对SFRC的力学性能进行研究。首先,根据GA优化的BP神经网络建立了钢纤维参数与SFRC各项力学性能的非线性关系。然后,通过神经网络对不同的钢纤维参数的SFRC力学性能和本构模型进行预测,预测结果R~2大于0.9。最后将数值模拟与GA-BP神经网络预测的本构模型相结合,对SFRC弯曲性能进行研究。研究表明GA-BP神经网络对大量数据的处理与分类作用使不同钢纤维参数对SFRC力学性能的影响更显著,验证了随着钢纤维参数的提高SFRC力学性能增强的规律,为采用人工神经网络研究SFRC相关参数与性能提供了理论指导和参考意义。（4）结合端钩型钢纤维对SFRC力学性能的影响,研究端钩型钢纤维在工程结构方面的应用。首先,制作钢纤维部分替代或全部替代钢筋的SFRC管片。然后,对管片进行抗弯和集中荷载顶推的足尺试验,观测并记录管片的受力变形情况。最后,采用修正的CDP本构模型对SFRC管片进行数值模拟。研究表明在正常工况中,可采用钢纤维全部代替钢筋的SFRC管片,而且其抵抗变形和外部荷载的能力与钢纤维部分代替钢筋的SFRC管片相近,此时钢纤维提高了管片的抗裂能力。然而钢纤维部分代替钢筋SFRC管片的承载能力要更强,并且数值模拟与足尺试验能够相互验证。研究成果为SFRC管片的设计及推广应用提供了理论依据。