高延性纤维增强水泥基复合材料(ECC)是高性能纤维增强水泥基复合材料的一种,在受拉时能够展现良好的准应变硬化和多缝开裂特性,在受压时的延性也优于混凝土,被广泛应用于桥面板、桥面连接板、建筑防震抗震构件、混凝土保护层等实际工程中。然而,目前尚无一种能够准确反映ECC力学行为的本构模型用于ECC结构构件的数值模拟,大型通用有限元程序(如Abaqus,Ansys等)中缺乏ECC本构模型,现有的ECC本构模型存在没有考虑ECC在双轴受压时抗压强度变化以及在描述ECC准应变硬化行为时缺乏考虑其纤维桥联机理的问题。因此,建立能够较准确描述ECC力学行为的本构模型对促进ECC在结构中的应用具有重要意义。本文的研究工作分为两个部分:第一,基于Darwin和Pecknold考虑混凝土双轴力学行为的方法,建立了一个同时考虑双轴受压状态下非线性力学行为和抗压强度变化的ECC二维正交各向异性本构模型。在因双轴加载而产生的正交各向异性的2个方向上引入等效单轴应变,建立非线性应力-等效单轴应变关系以考虑ECC的双轴非线性行为,并采用一条双轴强度包络线确定2个方向上的抗压强度。推导了模型的显式数值算法,编写了包含该算法的用户自定义材料子程序UMAT,并嵌于有限元计算程序Abaqus v6.14中。通过对两组不同配合比的ECC立方体试件在不同应力比下的双轴受压加载试验进行数值分析验证本模型的有效性,数值计算得到的主压应力方向上的应力-应变曲线及预测的抗压强度与试验结果吻合较好,表明本文提出的双轴受压状态下的ECC本构模型能够有效地预测ECC在双轴受压状态下的非线性力学行为和破坏强度。通过对单轴受压和等压双轴受压时的ECC柱进行有限元分析,计算得到的ECC柱在等压双轴受压时的极限荷载高于在单轴受压时的极限荷载,表明若不考虑ECC在双轴受压状态下强度的提高,将有可能低估ECC受压构件的承载能力。第二,基于Nguyen等提出的嵌入局部带考虑材料局部断裂行为的本构框架,建立了一个能够考虑在单轴受拉状态下ECC开裂后纤维桥联机理的本构模型。开发了模型的隐式数值算法,采用Fortran语言编写用户自定义材料子程序UMAT并嵌入有限元分析软件Abaqus v6.14中,用于分析单轴受拉状态下的ECC构件。通过采用不同大小的网格和不同积分方案的单元类型对ECC单轴拉伸构件进行计算,均得到了相同的计算结果,表明本文提出的单轴受拉状态下的ECC本构模型无网格尺寸敏感性,并且可以适用于不同的单元积分方案。通过对承受单轴拉伸荷载的ECC哑铃型构件进行数值模拟,数值计算结果与试验结果吻合良好,表明本文提出的单轴受拉状态下的ECC本构模型能够较准确地预测ECC在单轴受拉状态下的力学行为。