随着我国经济的飞速发展,越来越多的城市为了交通便利,将更多的资金投入到地铁工程的建设中。如今地铁工程中盾构管片的主要材料是以普通钢筋混凝土为主,但是由于普通混凝土属于脆性材料,抗拉性能比较弱,在运输和生产的过程容易发生缺角、开裂、破损等现象,不仅会降低施工的效率,而且还会对整个隧道的使用寿命造成不利的影响。鉴于普通混凝土管片的不足,提出采用碳纤维混凝土来替代普通混凝土材料,可以很好的改善普通混凝土管片的缺陷,碳纤维具有阻裂、增韧、耐久性等方面的优势,可以为提高地铁隧道的安全性提供有效的帮助。本文开展了碳纤维混凝土的性能试验研究,对混凝土做了立方体抗压、轴心抗压、抗折、劈裂抗拉、单轴循环试验,旨在研究加入碳纤维对于混凝土力学性能的提升。并与地铁管片进行结合,用软件ANSYS进行数值模拟管片模型,模拟结果说明碳纤维混凝土对改善普通混凝土管片的缺陷具有良好的效果,最后验证了碳纤维管片在实际应用中的可行性,本论文完成的主要工作为:(1)试验制备5mm,10mm,20mm长度和掺量为0.08%,0.16%,0.24%,0.32%的碳纤维混凝土试块,对其进行抗压,抗拉,抗折,轴压试验。研究其破坏形态的差异和对混凝土性能的改善效果,寻找最优性能的纤维掺量和长度;根据试验数据绘制出混凝土应力应变曲线,研究曲线变化的特点并分析不同掺量和长度对曲线特征点的影响,在轴压曲线中对混凝土压缩韧性也进行了研究,结果表明纤维可以提高混凝土峰值应力,极限应变,还可以有效改善其韧性。参考以往的本构关系研究寻找其最吻合的本构关系模型,为数值模拟中本构模型的选取提供帮助,计算出曲线参数并对其物理意义进行了说明,同时也拟合纤维掺量和曲线参数的关系式,提出了该本构模型的限制条件。(2)对混凝土进行单轴压缩循环试验,对其应力应变曲线分析研究其力学行为。研究表明掺有碳纤维的混凝土试件不仅呈现出了比较明显的延性破坏特征,而且还可以使混凝土的循环受压力学行为得到显著的提高,主要表现为提高峰值应力,峰后延性和滞回耗能能力,也减小了刚度退化程度和塑性应变累积等。(3)根据前面对碳纤维混凝土的力学性能试验,得到碳纤维的最佳掺量和长度,并用最佳掺量和长度配制C50混凝土试块,发现碳纤维在高强度等级的混凝土中效果比较好,在此基础得到的材料参数对管片进行数值模拟研究,对管片内力研究分析得出最大组合内力,取该内力组合对管片进行配筋优化。研究发现碳纤维混凝土管片可以通过适当节约钢筋量,减少钢筋的数量和直径的方式进行配筋优化,同时也符合经济性的要求。最后对碳纤维管片进行抗弯性分析验证了碳纤维管片的安全性和合理性,碳纤维加入到管片中可以提高管片的抗裂和抗变形等能力。