碳纤维是一种高弹模、高强度的材料,在混凝土中掺入碳纤维可以显著地提高混凝土的抗拉强度和阻裂增韧性能,近年来学者们对碳纤维混凝土已经进行了大量试验研究,但是在细观层次的研究还较少,而细观各材料组分的性质将直接影响碳纤维混凝土的破坏损伤过程,所以本文在细观层次对碳纤维混凝土的宏观力学性能和破坏损伤机理进行了数值模拟研究。研究内容如下:(1)分别通过Mori-Tanaka理论和有限元数值模拟进行了碳纤维混凝土弹性模量的计算,探究了不同碳纤维掺量、碳纤维长径比、碳纤维长度、碳纤维形状对碳纤维混凝土弹性模量的影响。结果表明碳纤维的形状、长径比以及长度对于碳纤维混凝土的弹性模量影响非常小,而碳纤维体分比对碳纤维混凝土的弹性模量影响最大。并且将理论解析解与有限元方法以及试验结果进行了对比,验证了结果的可靠性。(2)自行编制了在砂浆内部和砂浆-碳纤维界面、砂浆-骨料界面嵌入零厚度粘结单元的Python程序,且通过对五组不同碳纤维掺量情况下碳纤维混凝土构件的单轴压缩过程的数值模拟进行了模型的验证,将抗压强度的模拟结果与试验结果进行对比,对比结果吻合较好,最大误差为3.73%,证明了本文所选取的粘结裂缝模型的准确性。(3)进行了网络依赖性的研究后,基于建立的粘结裂缝模型建立碳纤维混凝土的细观有限元模型,模拟碳纤维混凝土不同碳纤维体积率、碳纤维长度、界面过渡区断裂能、碳纤维骨料分布、砂浆基体弹性模量对碳纤维混凝土拉伸、压缩性能以及破坏损伤过程的影响,结果表明碳纤维长度、界面断裂能和砂浆弹模对碳纤维混凝土的抗拉强度影响较小,而碳纤维掺量对碳纤维混凝土的抗拉和抗压性能的影响最大,在掺量达到0.24%时最大。且构件中的碳纤维在混凝土裂缝发展阶段起到把砂浆拉结聚合约束裂缝扩展并且使得试件整体不易贯通的作用,阻止应力传递到其他单元,从而起到阻裂增韧的效果。(4)对碳纤维混凝土梁进行四点弯曲模拟,揭示了碳纤维混凝土梁的破坏规律。最后进行了碳纤维混凝土构件以及四点弯曲梁在荷载温度耦合作用下的损伤破坏过程模拟,结果表明无论是碳纤维混凝土构件还是碳纤维混凝土梁在考虑荷载温度耦合效应时,裂缝扩展程度较大而且裂缝较宽,得出温度差产生的附加应力对裂缝扩展会产生促进作用的结论。