混凝土作为在土木工程领域运用最为广泛的材料之一,其意义和重要性不言而喻。但同时混凝土材料也存在很多弊端,如受力时易于发生脆性破坏,抗拉能力弱等。高延性纤维增强水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composite,以下称ECC材料)在拉伸荷载下具有高延展性等特点,可用于弥补素混凝土抗拉性能的不足,因此具有广阔的应用前景。基于此,本文研究了ECC材料的本构关系、参数敏感性以及在冲击和倒塌试验方面的应用。具体内容主要体现在以下几个主要方面:1、综述了文献中常用ECC本构模型的理论和算法,采用递归调用的方式对本构算法进行了改进,使程序流程更简洁,并提高了计算效率。在通用非线性有限元计算平台OpenSees中编程实现了所提ECC算法,通过与文献中的试验结果对比验证了ECC材料本构及其数值实现的正确性。2、针对ECC材料,推导并编程实现了基于直接微分法(Direct Difference Method,简称DDM)的材料敏感性算法。将基于DDM的敏感性分析结果与有限差分法(Finite Difference Method,简称FDM)分析结果进行比较。随着扰动量的减小,FDM结果收敛到DDM结果,证明了DDM的精确性。将基于DDM的敏感性分析算法应用于连续梁桥工程实例的分析中,结合不同类型荷载,分析ECC材料相对于混凝土材料的优越性,以及各材料参数的影响,为针对性的提高材料性能和结构承载力提供参考依据。3、对通用商业有限元软件LS-DYNA进行二次开发,编程添加了ECC材料本构,用于研究ECC材料在框架结构抗连续倒塌方面对结构性能的提升。首先通过OpenSees对LS-DYNA的二次开发进行验证,然后用LS-DYNA分析了五层框架结构在不同楼层的柱单元性能失效并从整体模型中拆除后,所导致的结构连续倒塌问题。研究了使用传统混凝土和ECC材料时抗倒塌能力的不同,验证了ECC对于提高结构抗倒塌性能的作用。4、为了高效和精确地模拟ECC大型结构局部受冲击作用的动力响应,引入数值子结构分析方法,分别在OpenSees与LS-DYNA中建立大型主结构模型和破坏区域精细化子结构模型,通过数值子结构理论将这两种不同精度的模型耦合和联合求解,得到其动力响应。既发挥了LS-DYNA擅长模拟高速碰撞和冲击问题的优点,又避免了其计算耗时的问题。为ECC用于大型结构局部受冲击作用的计算模拟问题提供了适用的解决方法。