传统钢筋混凝土管片因韧性不足造成的裂损病害严重，导致维修成本高昂，服役寿命缩短。采用钢纤维提升管片的抗裂韧性是当前国内外学者公认的重要途径，但钢纤维混凝土管片由于浇筑工艺复杂、力学性能离散性大、设计应用成本高昂，尚未实现大规模推广。为促进钢纤维混凝土管片的工业化生产以及其在隧道工程中应用，自密实技术加持下的钢纤维混凝土韧性管片有望成为降本增效的潜在方案。为提升技术方案的可靠性，探明自密实钢纤维混凝土的配比分析原理、韧性形成机制并建立起对应的配合比分析理论及结构设计方法，具有重要的理论意义和工程应用价值。本文结合工程实际，采用材料实验、理论分析、数值模拟等研究手段，纤维增韧机制及材料力学性能分析方法、结构性能设计等多个层次开展了系统深入的试验与理论研究。主要研究内容及取得的创新性成果如下：开展了不同配比下自密实钢纤维混凝土的单调、循环压缩破坏性能测试，揭示了其在单轴压缩下的延性破坏发展机制。结果表明，钢纤维通过分布式约束抑制了混凝土侧向膨胀，形成了以延性破坏为主的剪切滑移型裂缝，延缓了局部化剪切带生成时机和剪切带宽度，且钢纤维约束效果随开裂发展更为显著。在此基础上，建立了纤维分布和钢纤维增韧效能竞争机制下的单轴压缩性能分析方法，用于预测不同骨料含量、钢纤维分布密度、钢纤维增韧效能下的材料单轴应力应变曲线、基体损伤发展情况、韧性指标大小。开展了不同配比下自密实钢纤维混凝土的三点弯断裂实验，揭示了其延性断裂特征以及不同纤维类型、掺量对裂缝扩展的抑制效果。利用粒子群算法构建了基于断裂物理及几何机制约束下的断裂本构性能全局反演分析方法，精确刻画了不同纤维增韧下挠曲软化、双峰伪硬化及硬化等特征，提出了考虑纤维分布和断面桥接能效的自密实钢纤维混凝土的宏、细观本构特征点映射分析方法并进行了验证分析，预测了不同取向下自密实钢纤维混凝土的断裂性能变化规律。将非线性压溃及多线性断裂本构嵌入管片截面内力分析模型中，建立了适用于韧性管片的弯矩发展分析模型及求解方法。进一步在模型中嵌入了描述钢筋-基体滑移物理机制的应力块微分方程，并提出了 PSO 全局优化、打靶法应力块数值求解方法，实现了韧性管片在多开裂情况下的裂缝宽度、裂缝间距、扩展高度等关键抗裂性能分析参数预测。利用上述模型探讨了自密实浇筑技术下的纤维分布、取向、断面桥接能效、压溃软化系数等材料参数对韧性管片结构性能的影响，提出了 SFRSCC 韧性管片的材料-结构一体化优化设计方法，并开展了实例分析。结果表明，采用自密实技术改善管片截面的纤维取向后，结构抗裂性能提升显著，提出的激进、适中设计策略可分别降低抗裂需求含钢量 43.0%、25.6%，有助于韧性管片生产成本控制。

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