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聚丙烯纤维增强水泥基复合材料(PP-ECC)在拉伸荷载作用下具有应变硬化和多缝稳态开裂特点,可与钢筋协调工作,适合用于桥梁工程领域,可解决普通混凝土耗能低、易开裂的缺点,是高耗能部位理想的替代品,具有广阔的发展应用前景。本文以PP-ECC材料和PP-ECC桥墩为研究对象,通过试验和理论方法,系统全面研究了PP-ECC材料的基本力学性能和PP-ECC桥墩在低周反复荷载作用下的力学性能。本文主要研究内容、方法和研究成果如下:(1)收集并阐述了纤维增强水泥基复合材料和钢筋混凝土桥墩抗震性能国内外研究现状。介绍了ECC材料的特点,归纳总结了钢筋混凝土桥墩抗震性能的影响因素。考虑水胶比、粉胶比、纤维掺量以及引气剂含量四种影响因素,设计了16组PPECC配合比试验,通过单轴拉伸试验,确定了满足ECC性能最优的设计配合比,并对PP-ECC材料开展了四点弯曲试验和微观电镜扫描试验,研究PP-ECC材料在弯曲荷载下的力学特点以及材料破坏后的微观形态。(第1、2章)(2)设计并制作了6个PP-ECC桥墩试件和2个RC桥墩试件,对8个桥墩试件在低周反复荷载作用下的破坏过程进行了描述和分析,总结了PP-ECC和RC桥墩在不同受力阶段的破坏形态特征,并对桥墩的首次开裂荷载和位移试验值与理论计算值进行了对比分析。(第3章)(3)通过对桥墩的低周反复荷载试验结果进行分析,探讨了轴压比、体积配箍率和PP-ECC区高度等设计参数对其抗震性能的影响。对比分析了PP-ECC与RC桥墩试件的滞回曲线、骨架曲线、位移延性性能、承载能力衰减、刚度退化、墩底截面弯矩—曲率、钢筋应变以及滞回耗能等抗震性能指标,并对局部采用PP-ECC桥墩的抗震性能进行了较为全面的评估。研究结果表明:轴压比越高,峰值荷载后桥墩的强度衰减和刚度退化越严重,桥墩的水平荷载和等效黏滞阻尼系数随轴压比的增加而增大,而桥墩的位移延性系数、极限转角和塑性铰区墩身曲率随轴压比的增加而减小;墩底塑性铰区箍筋含量越高,初始刚度越大,桥墩的延性越好,塑性铰区墩身曲率越大,但对桥墩水平承载能力有一定降低;墩底塑性铰区域PP-ECC区高度越高,桥墩的位移延性系数越大,承载能力衰减和刚度退化速率越慢,塑性铰区墩身曲率越大,表现出的抗震性能越好。(第4章)(4)基于PP-ECC桥墩在低周反复荷载作用下获得的滞回曲线和骨架曲线,并根据PP-ECC桥墩滞回性能特点,采用理论推导和统计回归的方法确定了骨架曲线模型中各个特征点的参数及计算公式,给出了PP-ECC桥墩的加载刚度和卸载刚度计算公式和规律,并对实测骨架曲线与计算骨架曲线进行了对比,验证了本文模型的正确性。根据获得的PP-ECC桥墩骨架曲线模型和刚度退化规律,对骨架曲线模型和刚度退化规律按一定的滞回规则进行组合,得到了适合于PP-ECC桥墩的恢复力模型。(第5章)(5)对既有钢筋混凝土桥墩等效塑性铰长度计算公式进行了归纳和梳理,分析了影响等效塑性铰长度的主要影响因素。以PP-ECC桥墩等效塑性铰长度试验值为基准,对既有计算公式的适用性进行了相关分析和评估,最后通过对PP-ECC桥墩试验数据的多元线性回归分析,提出了适合于PP-ECC桥墩等效塑性铰长度的计算公式,并采用其它试验结果对建议的计算公式进行了验证。建议的墩柱等效塑性铰长度计算公式在平均意义上得到了与试验值基本一致的结果,略优于其它计算公式,并且该建议公式可用来计算普通混凝土或PP-ECC桥墩的等效塑性铰长度。(第6章)