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超高韧性纤维混凝土材料(UHTCC)是一种具有显著应变硬化和多缝开裂特征的水泥基材料,其拉伸应变通常能到达数个百分点,该类材料基于微观力学原理设计制备。作为一种具有高韧性和高耐久性的新型水泥基材料,UHTCC在需要承受反复循环荷载的结构中具有广阔的应用前景。现代基础设施的建设和发展对混凝土结构在长期荷载和交变环境作用下的服役寿命提出了更高要求。因此,对于UHTCC在循环荷载作用下的抗疲劳性能研究具有重要性和迫切性。本文开展了 UHTCC及其功能梯度结构的疲劳性能研究,具体内容如下:1.研究了不同应力水平条件下UHTCC的压缩疲劳性能;建立了考虑应力水平效应的材料疲劳失效变形概率模型;在疲劳损伤失效过程中,发现微裂纹在疲劳源区萌生,在疲劳过渡区扩展,最终在裂缝扩展区形成主裂纹,并发现了三种疲劳导致的纤维失效模式。2.研究了荷载频率对UHTCC压缩疲劳性能的影响;发现UHTCC的疲劳寿命和变形受到荷载频率的影响;揭示了第二阶段应变率、基于循环数的第二阶段应变率和疲劳寿命之间的量化关系,提出了可用于疲劳寿命预测的系列公式;建立了考虑频率效应的疲劳失效应变概率模型。3.提出了基于Weibull方程的混凝土材料疲劳变形模型;模型可以用于描述素混凝土和纤维混凝土(包括UHTCC)的疲劳变形过程,且各参数具有明确物理意义;提出了一种基于变形的疲劳寿命预测新方法,并发现该方法可以成功预测混凝土材料的疲劳寿命。4.研究了不同应力水平条件下UHTCC的拉伸疲劳性能;发现了拉伸疲劳变形的四阶段规律;根据纤维失效模式,将UHTCC疲劳断面划分为平整区和粗糙区;基于静载强度初始分布,建立了可用于材料可靠性分析的P-S-N(失效概率-应力水平-疲劳寿命)模型。5.设计了 一系列UHTCC功能梯度结构并研究了其疲劳性能;为实现该类功能梯度结构的快速建造,提出了装配式UHTCC永久性模板;研究了不同UHTCC层厚度的功能梯度钢筋混凝土梁的疲劳性能,揭示了 UHTCC层对功能梯度梁抗疲劳性能的增强机制。本文的相关研究拓展了对疲劳荷载作用下UHTCC及其结构的力学行为的理解和认知。所建立的模型和方法可用于预测混凝土材料的疲劳寿命和变形,为工程建设中的结构设计、健康监测和修复加固提供理论基础。提出了一系列提升UHTCC及其结构疲劳性能的新方法。相关研究成果对UHTCC的高效化、规模化应用具有重要意义,为提升基础设施的安全性和耐久性提供了新材料、新理论和新技术支撑。