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高延性纤维增强水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composites,简称ECC)应用于正交异性钢桥面或组合桥面系可有效解决负弯矩区开裂等工程难题,并可与钢结构实现协同工作,降低结构应力水平,提升桥面受荷能力和长期性能。本论文围绕混杂纤维ECC与钢的组合受力行为,从材料、构件和结构等层面开展了试验研究、理论分析和数值模拟,取得的主要成果如下:(1)借助数字散斑相关技术,建立了优化的狗骨式轴拉试验方法,可准确量测高延性水泥基复合材料的轴拉行为和裂缝全过程发展情况。结合轴压和抗弯试验,标定了混杂纤维ECC的关键力学参数,并建立了单轴本构全曲线和纤维桥接应力-裂缝宽度模型,为构件和结构层面的组合行为研究奠定了基础。(2)完成了6组钢筋-水泥基材料组合受拉试验,探讨了不同配筋率、钢筋直径和水泥基材料对组合受拉行为的影响。当钢筋存在时,混杂纤维ECC材料可表现出优异的裂缝控制能力,且合理的配筋能实现较高的构件延性。总结了4种钢筋-ECC组合受拉基本模式,并基于粘结滑移和桥接应力本构建立了组合受拉精细模型,能有效揭示配筋构件受拉机理,准确描述其宏观力学行为和裂缝开展规律。(3)完成了8组钢板-混杂纤维ECC界面推出试验,对不同栓钉高度和直径、配筋情况和水泥基材料种类的影响进行了探究。混杂纤维ECC材料中的栓钉连接件一般发生剪断破坏,刚度较高,但峰值承载力后延性相对较差。对栓钉连接件极限承载能力和初始刚度的设计方法进行了讨论,并建立了适用的剪力-滑移模型。(4)建立了考虑ECC影响的组合梁界面滑移分布和组合受弯承载力的理论计算方法,并基于精细有限元模型完成了参数分析。通过试验,验证了理论和数值分析方法的合理性和准确性,并给出了相关工程设计建议。(5)在前述钢和ECC组合受力理论和方法的基础上,基于ABAQUS平台开发了可考虑两者组合作用的纤维梁单元程序,可高效准确模拟任意截面配筋ECC构件和钢-ECC组合梁的受拉和受弯行为,并通过与多个ECC结构试验的对比进行了验证。该模型可进一步应用于组合结构桥梁的计算模拟和设计。