钢-连续纤维复合筋(Steel Fiber Composite Bar，简称SFCB或复合筋)是一种在钢筋的外面包裹FRP纵向纤维的新型复合材料，它结合了FRP强度高、耐久性好与钢筋的弹模高、延性好等优点，是一种耐腐蚀、具有稳定屈服后刚度的新型结构材料。钢筋混凝土框架是钢筋混凝土结构中应用最为广泛的结构体系之一，建立准确、高效的计算模型是钢筋混凝土框架结构非线性分析的首要任务。将钢-连续纤维复合筋应用到混凝土框架结构将对抗震性能带来一系列新的科学问题，这成为结构工程研究的新交叉点。　　本论文研究目的有二:其一，以玄武岩纤维为例，研究钢-玄武岩纤维复合筋(Steel-Basalt fibercomposite Bars)这一新型筋材用于混凝土框架结构对抗震性能带来的新特性;其二，以SFCB混凝土杆件单元建模和恢复力模型为主线研究框架结构弹塑性建模方法和非线性地震反应分析。本文从试验研究、理论推导和有限元模拟三方面对SFCB用于框架结构的可行性和计算模型进行了深入的研究。主要工作如下:　　1、为了研究钢-玄武岩纤维复合筋（简称钢-BFRP复合筋）的基本力学特性，开展了钢-玄武岩纤维复合筋的拉伸试验、压缩试验及其机理研究。试验结果表明，纤维比例对筋材强屈比有较大影响;内芯钢筋在屈服前能够较好地与外包纤维共同工作，屈服后与外包纤维产生局部滑移，出现应变滞后现象;随着塑性变形的增大，卸载刚度逐渐减小。在钢筋屈服前纤维参与抗压较为明显，使得受压屈服荷载有所增加，应该适当考虑纤维对受压承载力的贡献;钢筋受压屈服后，随着塑性变形的增大，纤维胶层由于钢筋压缩变形而开裂，纤维逐渐失去抗压能力，受压荷载基本由内芯钢筋承担，因此在后期各复合筋抗压能力趋于一致。针对钢-玄武岩纤维复合筋拉压不对称的特性，提出了钢-玄武岩纤维复合筋本构骨架曲线与滞回规则，并代入纤维截面计算了梁和柱的弯矩-曲率曲线，讨论了等效配筋率、筋材二次刚度、混凝土强度、柱轴压比等参数对截面本构关系的影响，为该类筋材在混凝土结构中的设计及有限元数值模拟提供了参考。　　2、设计了钢-BFRP复合筋混凝土梁、柱构件，开展了5个框架梁和5个框架柱的抗震性能试验，得到了构件的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、耗能能力和延性等抗震性能指标。根据构件试验现象、应变分布和破坏形态，对破坏机理作了分析。测量了构件加载过程中的弯曲变形、剪切变形和杆端锚固滑移变形，并对关键位置处筋材应变和局部位移进行了监测，给出了各变形分量对加载自由端水平总位移的贡献比例。试验现象表明:与按等刚度原则的RC构件相比，复合筋混凝土构件承载力有所提高且纵筋屈服区范围有所增大;由于筋材的粘结性能比钢筋略差，裂缝的宽度和间距稍大;在筋材内芯钢筋面积不变前提下，随着纤维含量的增加构件的承载力不断提高，但塑性铰长度有所减小，裂缝变得密且细，延性并未发现有明显降低。剪跨比和配箍率的减小使得构件破坏形态由弯曲型破坏转变为弯剪型破坏。位移测量结果表明，构件加载端位移由弯曲变形、剪切变形和锚固端滑移变形三部分组成。适中剪跨比构件（λ=4）的变形以弯曲变形为主;梁剪切变形占总变形比例为0.4％～15％不等，柱剪切变形占总变形比例为3％～10％不等;纵筋屈服后固端锚固滑移引起变形比例增加明显，梁由10％增至15％～35％不等，柱由1％增至5％～30％不等;小剪跨比构件（λ=2）呈现出弯剪型破坏形态，试件的耗能能力和延性较差，破坏始于混凝土斜裂缝的出现，随后箍筋发生屈服，腹部弯剪斜裂缝开展较为明显，使得剪切变形比例迅速增大（占20％～30％）。在试验基础上对梁、柱构件抗震性能进行了有限元分析。分析结果表明，对剪跨比适中的弯曲破坏构件数值模拟与试验结果吻合较好;但对剪跨比较小的弯剪型破坏构件采用纤维模型模拟会产生较大误差，需要对计算模型加以改进。　　3、混凝土框架构件中的剪切变形和滑移变形一直是影响着数值模拟精度的重要因素。为了较好地模拟SFCB混凝土构件的抗震性能，提出了考虑弯曲变形、剪切变形和锚固滑移本构的组合单元计算模型。该模型由分布塑性区杆件子单元、杆端滑移子单元和剪切子单元串联而成，其中分布塑性区杆件子单元是基于SFCB混凝土梁、柱截面弯矩-曲率关系和构件塑性铰长度得到;结合SFCB力学性能与构件试验现象，讨论了剪切和滑移子单元的恢复力模型，并通过OpenSees软件编程得到了数值实现。模型数值计算结果与小剪跨比构件试验结果较为一致，表明了本文所提出的组合杆单元计算模型能够较好地反映小剪跨比构件的真实受力和变形状态，验证了理论模型的正确性和有效性。　　4、开展了1榀钢-BFRP复合筋混凝土框架结构抗震性能试验，得到并分析了结构的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、耗能能力和延性等抗震性能指标，根据试验现象和应变和位移数据分析了结构破坏过程和机理。相对普通的钢筋混凝土框架，SFCB增强混凝土框架所得滞回曲线饱满程度较低，残余变形较小，框架在屈服后荷载增加较为明显。基于组合杆单元计算模型中构件的单元刚度矩阵，推导了框架的总刚度矩阵;采用OpenSees软件编制了框架模型计算程序得到了模型的数值结果，与框架试验结果吻合较好。　　5、为了简化杆单元计算模型，对剪跨比适中的构件提出了适用于RC构件和复合筋混凝土构件的恢复力模型简化实用计算方法，该模型骨架曲线各特征点与构件截面尺寸和配筋等参数直接相关联。为了验证该模型首先将模型计算的结果与构件试验相比较，二者符合较好;其次将框架试验中梁、柱构件的尺寸和配筋等参数代入该模型来计算整体框架结构的P-△曲线，该曲线与试验骨架曲线吻合较好，说明该简化模型方法正确、有效，可在工程设计软件中应用推广。　　6、按筋材含纤维比例不同设计了3个钢-玄武岩纤维复合筋混凝土多层框架和1个RC结构对比算例，进行了静力弹塑性分析和非线性时程分析。在静力弹塑性分析中比较了不同框架试件的基底剪力-顶点位移曲线和塑性铰发展分布过程等抗震性能参数;结果表明，在相同推覆位移下，在RC纵向钢筋配筋基础上增加一定纤维的复合筋混凝土框架抗震性能要优于RC框架，但按等刚度面积置换原则设计的复合筋混凝土框架抗震性能要弱于RC试件。在8度罕遇地震下对比了RC试件与SFCB试件的结构自振周期变化率、结构位移时程响应和杆端出铰情况等抗震性能指标。结果表明，通过配置具有一定屈服后刚度的复合筋增强混凝土框架其自振周期变化率明显小于RC框架，结构刚度退化和损伤程度小，结构的最大弹塑性位移与层间转角等指标比普通钢筋混凝土框架结构有所减小;杆端出铰时间相对更晚、数量更少且更易形成梁铰塑性耗能机制。通过合理配置复合筋中钢筋与玄武岩纤维的比例使结构具有一定屈服后刚度能够起到有效控制框架结构的塑性变形，减小结构的残余位移，从而可以改善结构在大震下的性能确保大震不倒的安全性能目标。