防护工程要承受巨大的冲击荷载，导致防护构件的截面较大，影响平时使用。为保证净高，结构通常采用井字梁楼盖、普通钢筋混凝土扁梁加平板楼盖、普通钢筋混凝土无梁楼盖或无粘结预应力混凝土无梁楼盖这几种型式，但这会带来施工上的不便和造价的提高。高强细晶粒钢筋HRBF500(抗拉强度≥500MPa)以及纤维增强水泥基复合材料FRCC(抗压强度≥100MPa)是土木工程领域极具应用前景的新型建筑材料，具有强度高、延性好等特点。用高强细晶粒钢筋增强FRCC，可形成一种新型的配筋水泥基结构，在提高强度的同时增大结构延性，从而减轻结构自重，提高结构承载力，实现防护工程的大跨度和大空间。　　 本文对高强细晶粒钢筋HRBF500和纤维增强水泥基复合材料FRCC在大跨度防护工程中的应用展开研究，包括材料性能研究、构件力学性能研究和结构体系受力性能研究三个方面，具体内容如下:　　 (1)研究纤维增强水泥基复合材料FRCC(包含聚乙烯醇纤维PVA增强的PFRCC和钢纤维增强的SFRCC两种)的制备工艺及材料性能，包括抗拉强度、抗压强度、弹性模量、极限拉应变、压应变和不同养护制度制备工艺对其强度的影响，并建立受压（拉）应力—应变全曲线方程。通过养护制度对FRCC强度的影响研究发现，蒸汽养护并非FRCC实现高强度的必要条件，采用标准养护制度，90天龄期时，FRCC能够达到设计要求的抗压强度和抗折强度，这一点与普通混凝土相比是不同的。　　 (2)研究高强细晶粒钢筋HRBF500的材料性能，主要参数包括抗拉强度、弹性模量和极限拉应变，并给出其应力—应变关系曲线。试验结果表明HRBF500不但具有较高的抗拉强度，而且保持了普通低碳钢的屈服台阶，具有大流变，大延伸率的特点，有别于高强高碳钢。　　 (3)设计制作2个HRBF500/FRCC轴心受压空心柱和8个HRBF500/FRCC偏心受压空心柱，研究了纤维、配筋率、空心率和偏心距对构件荷载—位移曲线、荷载—钢筋应变及荷载—水泥基材应变曲线的影响。试验结果表明HRBF500/FRCC受压空心构件具有较高的承载能力和极限变形能力，HRBF500和FRCC两种新材料变形协调良好，满足平截面假定。以条带法为基础，给出偏心空心柱在不同条件下受压荷载—位移计算曲线并与试验曲线对比;推导HRBF500/FRCC受压构件相关公式并对本试验的Mu-Nu的相关曲线数据进行拟合，并同理想Mu-Nu相关曲线进行对比，二者吻合度较高。　　 (4)模拟单建式防护结构和附建式防护结构，共制作了5榀HRBF500/FRCC防护框架与4榀HRB335/C30对比框架进全过程等效静力试验，研究不同材料和不同工况下防护框架的荷载—位移曲线、荷载—钢筋应变及荷载—水泥基材应变曲线。试验结果表明，在相同受弯承载力条件下，HRBF500/FRCC防护框架与HRB335/C30防护框架相比，梁高减小27％，柱截面减小55％。HRBF500/FRCC防护框架破坏时挠度较大，延性比较高，接近6。跨中极限变形达到了跨径的1/25～1/27，其支座弹塑性极限转角试验值要大于普通防护框架梁，这种新材料框架结构在满足承载力极限状态的前提下具有良好的延性和极限变形能力。而普通防护框架结构虽然满足承载力极限状态要求，但是延性和极限变形能力较小。在相同受剪承载力条件下，HRBF500/FRCC防护框架梁截面小，破坏形式体现出弯剪的特征，依旧出现较大变形，具有一定的延性，而普通防护框架梁截面较大，破坏形式体现出明显的剪切特征，变形较小，属于脆性破坏。　　 (5)建立新型及普通防护框架有限元模型，研究两类防护框架在不同工况下应力分布、荷载—位移曲线、裂缝分布情况，通过与试验值及计算值对比发现，该模型能够较为准确地预测防护框架的受荷行为与破坏状态;应用条带法研究防护框架弯矩—曲率(M-(o)）关系、荷载—挠度（P-f)曲线和等效塑性区长度，并与试验值及有限元对比，三者较为吻合，以该数值方法为基础，延伸分析截面、配筋率、混凝土强度及极限压应变对上述关系的影响。基于上述研究结果，给出防护框架延性比计算值，研究不同条件下延性比相关性。以软化桁架理论为基础，进行防护框架梁斜截面抗剪承载能力全过程分析，并与规范值和试验值对比，软化桁架理论计算值更接近试验值。　　 (6)进行HRBF500/FRCC人防框架结构试点工程试验，采用SATWE结构空间有限元分析设计软件和ETABS通用结构分析与设计软件对HRBF500/FRCC试点工程结构进行设计计算，并对两类软件的计算结果进行比较。对试点区现有和原有结构施工图比较发现:防护框架梁在梁高减小27％的情况下，纵向钢筋用量基本持平，配箍率增加较大;防护框架柱在截面面积不变的情况下，纵向钢筋用量减少55％，现有施工图在材料用量上的减少明显。完成现场的材料配制和施工组织并进行技术经济分析，将新材料应用于实际工程。　　 通过上述试验研究、理论研究及试点工程应用可以看出，在防护结构体系中应用HRBF500/FRCC可以有效提高防护框架结构的受弯和受剪性能，提高防护结构延性，预计可以满足战时的安全性和低损伤性要求，HRBF500高强细晶粒钢筋和FRCC这两种高新材料的结合，在防护工程中具有较高的推广价值。