混凝土是一种脆性材料,其变形能力差,当发生剪切破坏时,极具突然性,属于典型的“一裂即坏”。在梁柱节点、剪力墙及隧道初砌结构等易发生剪切破坏的部位都需要混凝土具有更好的抗剪能力。钢纤维对混凝土具有很好的增强、增韧效果,明显改善了混凝土的这一缺陷。在混凝土产生剪切裂缝后,钢纤维在裂缝间的桥接作用使混凝土继续承担剪切荷载作用,并延缓裂缝的开展速度,从而使得混凝土的抗剪强度和抗剪韧性均得到了提高。由于钢纤维在混凝土中随机分布,不同方向分布的钢纤维对混凝土的抗剪增强效果差距较大,为此本文重点围绕钢纤维的分布方向对剪切性能的影响,开展了对定向钢纤维增强水泥基复合材料的剪切性能试验研究及机理分析。此外,在发生剪切破坏的过程中,钢纤维会被从基体中拔出,为此本文通过劈裂抗拉试验间接研究了定向钢纤维增强水泥基复合材料的抗拉性能。本文主要工作和取得的成果如下:(1)通过改进双面剪切试验结合图像分析方法,获得了定向和乱向钢纤维增强水泥基复合材料的抗剪强度、剪切荷载-位移曲线和剪应力-应变关系。试验结果表明,相对于普通乱向钢纤维增强水泥基复合材料,定向钢纤维增强水泥基复合材料的抗剪强度、抗剪韧性和剪切模量均得到了提高,表现出更高的抗剪能力。(2)通过进行理论分析和建立剪切模型可知,定向钢纤维增强水泥基复合材料剪切性能增强的原因与钢纤维的间距和发生剪切变形时的耗能有关。对比定向与乱向钢纤维增强水泥基复合材料的特性,定向钢纤维增强水泥基复合材料具有更小的纤维间距,发生剪切变形时耗能更大,剪切面基体摩擦力更大,因此其抗剪性能更好。(3)通过定向和乱向钢纤维增强水泥基复合材料的劈裂抗拉试验可知,定向比乱向钢纤维增强水泥基复合材料具有更高的劈裂抗拉强度。这表明在发生剪切破坏时,定向钢纤维增强水泥基复合材料的钢纤维从基体拔出时需要更大的力,因此抗剪能力也更强。