多尺度聚丙烯纖維混凝土是指同種品質(zhì)，幾何形態(tài)不同的兩種或兩種以上的聚丙烯纖維混摻在混凝土中的新型復(fù)合建筑材料。聚丙烯細(xì)纖維對混凝土的早期塑性開裂有抑制作用，對后期硬化混凝土抗裂性改善較小。以往采用聚丙烯纖維與鋼纖維混摻的方法阻止硬化混凝土的開裂，提高韌性。但鋼纖維存在易銹蝕，價格高等缺點，而聚丙烯粗纖維是一種新型增強增韌材料，具有耐腐蝕性能好，價格低等優(yōu)點。在環(huán)境較為惡劣的工程中可代替鋼纖維使用。鑒于此，本研究采用室內(nèi)試驗、理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，對MPFC試件進行較為深入的力學(xué)性能研究，主要研究內(nèi)容和成果如下：①對MPFC進行抗裂性試驗研究，結(jié)果表明聚丙烯細(xì)纖維在塑性態(tài)混凝土中的阻裂效應(yīng)優(yōu)于粗纖維，聚丙烯粗纖維在混凝土硬化階段的抗裂效果優(yōu)于細(xì)纖維；多尺度聚丙烯纖維在塑性態(tài)混凝土中的阻裂存在著正、負(fù)兩種效應(yīng)，在硬化階段的抗裂效果與粗纖維相當(dāng)。②通過單軸拉伸試驗研究MPFC的抗拉性能，結(jié)果顯示MPFC的抗拉峰值荷載較素混凝土有較小提高；MPFC在單向拉伸荷載作用下，應(yīng)力-應(yīng)變曲線下降段出現(xiàn)了低應(yīng)力-應(yīng)變硬化現(xiàn)象，MPFC抗拉韌性的改善幅度優(yōu)于單摻聚丙烯纖維混凝土。③對MPFC進行單軸抗壓試驗研究，結(jié)果顯示MPFC抗壓峰值荷載有小幅提高；MPFC的抗壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線下降段比素混凝土平緩。MPFC峰值后的應(yīng)力隨應(yīng)變的增加降低緩慢，應(yīng)力一應(yīng)變曲線下包面積較大，其峰值后的抗壓韌性性能得到較好改善。④對MPFC進行四點彎曲試驗研究，結(jié)果表明MPFC的抗彎強度有小幅提高；MPFC在彎曲荷載作用下，荷載-撓度曲線下降段出現(xiàn)非常明顯的低荷載-變形硬化特性，曲線所包面積較大，峰值荷載后抗彎韌性的改善幅度遠大于聚丙烯細(xì)纖維混凝土，同時也大于聚丙烯粗纖維混凝土。通過對比拉、彎性能指標(biāo)建立MPFC拉彎對應(yīng)關(guān)系，MPFC彎拉強度比值在2.15～2.80之間，抗彎韌性指數(shù)大于抗拉韌性指數(shù)，但數(shù)據(jù)整體變化趨勢相同，表明四點彎曲試驗可以代替單軸拉伸試驗，成為評價MPFC獨特力學(xué)性能的簡單實用試驗方法。⑤根據(jù)試驗結(jié)果，建立適合于描述MPFC抗拉、抗壓特性的損傷本構(gòu)模型，得到聚丙烯纖維混凝土損傷因子的曲線形狀參數(shù)，為此類MPFC在工程中的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。⑥基于有限差分理論，推導(dǎo)多尺度聚丙烯纖維混凝土拉壓損傷本構(gòu)模型的有限差分表達形式；結(jié)合FLAC3D軟件良好的開發(fā)平臺，利用VC++程序?qū)崿F(xiàn)多尺度聚丙烯纖維混凝土損傷模型的二次開發(fā)，獲得該模型的動態(tài)鏈接計算程序，并通過試驗?zāi)M和算例分析驗證二次開發(fā)模型程序的正確性和合理性。⑦利用多尺度聚丙烯纖維混凝土損傷模型的二次開發(fā)計算程序，對多尺度聚丙烯纖維隧道襯砌進行數(shù)值分析。結(jié)果表明多尺度聚丙烯纖維改善了混凝土的抗變形能力，提高了混凝土的剛度。