混凝土脆性断裂的特点,限制了其使用范围。通过在混凝土中掺入聚丙烯纤维,纤维的阻裂、增韧及增强作用,显著改善了混凝土的各项力学性能。且由于聚丙烯纤维价格低廉、耐腐蚀性能优良等特点,使得聚丙烯纤维混凝土获得了广泛的应用。许多研究者将聚丙烯纤维与钢纤维混掺于混凝土中,以获得性能更好的混凝土。但考虑到钢纤维价格贵、耐腐蚀性能差等弊端,而聚丙烯粗纤维单根承载能力强、力学性能与钢纤维相仿等特点,本文通过将不同尺寸的粗细聚丙烯纤维混掺获得多尺寸聚丙烯纤维混凝土,利用室内试验与理论分析相结合的研究方法,系统地研究了聚丙烯纤维混凝土的断裂特性。本文的主要研究内容及成果如下:(1)通过控制三种不同尺寸聚丙烯纤维的掺入情况,设计制作12组切口梁试件,并对这12组试件进行三点弯曲试验,获得各组试件的荷载—位移曲线(P-?)、荷载—裂缝开口位移曲线(P-CMOD)。从试验现象及试验结果可以看出,纤维的掺入改善了混凝土的脆性断裂,使得混凝土在裂缝扩展到一定宽度时还具有承载能力;(2)基于双K断裂准则,根据试验结果研究了聚丙烯纤维混凝土的起裂韧度c iniIK及失稳韧度c unIK,结果表明,聚丙烯纤维的掺入对混凝土起裂韧度的影响很小,对失稳韧度的影响显著。这说明聚丙烯纤维在混凝土裂缝产生后作用效果显著,纤维在裂缝处的桥接作用限制裂缝的发展并延长裂缝的扩展路径,使得混凝土的失稳韧度大幅度提高,在总掺量相同的前提条件下,不同尺寸纤维的混掺能获得更好的效果;(3)聚丙烯纤维对混凝土的增强增韧本质在于纤维在裂缝处的桥接作用。而桥接应力与单根纤维的拉拔力学特性及纤维在混凝土基体内的分布有关,将单根纤维的拉拔荷载—位移曲线简化为线性上升段和线性下降段,并将拉拔曲线的峰值荷载视为纤维埋置角度及埋置长度的函数,并结合纤维在混凝土基体内的分布函数,得到了纤维的桥接应力模型;(4)纤维在裂缝处的桥接应力可使支护结构带裂缝工作,提高结构的变形能力,传统的材料力学理论假设的应力分布与纤维混凝土开裂后的应力分布差别较大,通过断裂力学的分析,获得支护纤维混凝土结构带裂缝断面的应力分布,并基于此应力分布,提出了纤维喷射混凝土衬砌设计的断裂力学方法。