当前混凝土结构由于其具有稳定的力学性能、经济性好、抗老化性好的特性,因此其在房建、基础设施、港口以及航空等各个方面应用。混凝土结构在使用过程中,总会遇到各种病害因素(如材料腐蚀风化、车辆超载、地基不均匀沉降等),导致结构过早进入损伤破坏状态,最终可能引起结构整体突然坍塌。其中混凝土抗剪强度不足导致构件、结构开裂破坏现象较为常见,而抗剪强度不仅是混凝土的重要力学指标,又是数值模拟结果的重要对象。因此,抗剪设计是钢筋混凝土构件设计中的一项重要内容。例如,混凝土梁支座附近或者短梁、混凝土托臂、隧道衬砌等等。在这类研究中,界面剪切弹簧需要依据混凝土的抗剪强度以及应力-应变软化曲线确定。然而,与混凝土材料的单轴拉、压性能测试不同,混凝土材料的剪切力学性能(尤其是压剪力学性能)尚未形成标准的方法和流程,相关规范中也没有相应的规定。因此,有必要对混凝土材料的抗剪强度以及应力-应变曲线进行较为系统的研究,为混凝土受剪构件的力学分析提供参考和依据。由于混凝土是一种典型的各项异性的三相复合材料,它的力学性能由内部各组分相互作用共同决定。本文基于Mohr-Coulomb强度准则,研究其剪切破坏力学性能并总结出混凝土在压剪作用下破坏的应力应变本构模型,依据该本构模型模拟实际钢筋混凝土简支梁的宏观开裂破坏。采用试验与数值模拟结合的方法从混凝土的细观组成结构入手,抓住材料非均质性的特点,研究混凝土的细观压剪损伤破坏机制。主要创新性研究工作包括:1)基于国内外现有剪切试验的研究,设计出一套合适的钢筋混凝土Z型试件以及适应于试件的剪切夹具,使其在侧向压力作用下轴向能够剪切滑移而开裂破坏。通过该压剪试验得出不同强度混凝土在不同侧向压力作用下剪切开裂行为,最终统计试验数据拟合得到的剪切位移曲线确定混凝土的粘聚力c和内摩擦角φ值,其中,截距表示粘聚力c,斜率代表内摩擦角φ值,建立混凝土修正的各向异性摩尔库伦准则,作为混凝土简支梁宏观模拟的本构模型。2)基于商用有限元软件ABAQUS创建二维混凝土Z型试细观数值模型。该模型釆用蒙特卡洛法结合占位剔除算法实现多样性骨料的随机投放,并基于概率分布与随机赋值的方法对各细观单元力学参数赋值。为了模拟随机裂缝的萌生、演化、开裂的全过程,运用团队开发的cohesive单元用户子程序并基于牵引分离本构关系将cohesive单元插入到除骨料单元外的界面区域,同时考虑压剪作用下的摩尔库伦屈服准则,较好解决了细观模拟混凝土压剪开裂破坏的问题。数值模拟结果验证了试验结论的有效性和正确性,由此可见,这类问题的数值模拟不仅具有较高的科学研究意义,而且具有极高的实用性。3)在宏观层次上模拟钢筋混凝土简支梁的开裂破坏过程,为了让数值模拟裂缝的形貌与扩展和实际简支梁破坏过程相吻合,基于随机骨料投递技术生成任意形状骨料,再对骨料和其它单元划分网格以实现网格的离散型,避免网格划分敏感而导致模型分析不收敛问题。同时基于团队开发的摩尔库伦损伤本构程序作为混凝土简支梁的损伤本构,该方法考虑了在荷载作用下简支梁的正应力与剪应力的共同作用的影响,使模拟结果更精准。