论文基于梯度材料的概念,提出局部高掺量微钢丝钢纤维混凝土(Micro Steel Fiber Reinforced Concrete,简称MSFRC)梯度复合材料,并开展材料设计与性能试验研究。结合材料结构化设计思想,提出局部高掺量微钢丝钢纤维混凝土控裂梯度复合梁的概念,开展梯度梁裂纹特性研究,形成基于裂纹控制的梯度梁设计方法。通过数值分析对梯度梁抗弯性能及其裂纹特性进行较好模拟和验证。论文主要工作如下:(1)开展了微钢丝钢纤维混凝土材料基本力学性能试验,对比分析了在普通混凝土和微钢丝钢纤维混凝土中分别掺入I级灰与超细灰对混凝土基本力学性能的改善效果。(2)根据梯度复合材料的概念与局部增强设计,试验研究了不同MSFRC梯度层厚度的微钢丝钢纤维混凝土梯度复合材料的力学性能。结果表明:在梁的1/5截面高度范围内布置高掺量的钢纤维混凝土梯度复合材料能达到与全截面钢纤维混凝土相当的增强效果。采用局部梯度设计在提高力学性能的同时进一步优化了梯度复合结构形式,解决了高体积率所带来的经济性问题。(3)试验研究了钢纤维混凝土与高强钢筋之间的粘结性能,并进行了有限元分析。与普通混凝土相比,钢纤维混凝土与高强钢筋之间的粘结性能显著提高,极限粘结强度提高125.5%以上。(4)根据强度理论和断裂力学原理,分析了钢纤维混凝土梯度复合结构抗裂设计方法,并提出对应的控裂梯度弯曲梁结构形式:基于强度理论设计了MSFRC梯度层厚度为1/3截面高度的梯度复合梁(MSFRC85),基于断裂力学原理设计了MSFRC梯度层厚度为50mm的梯度复合梁(MSFRC50)。(5)对比普通混凝土梁,设计两种钢纤维混凝土梯度复合梁,并进行抗弯性能试验,对不同试验梁的承载能力和钢筋受力状况进行分析。研究了不同试验梁在荷载作用下的裂纹特性,包括各加载区间的裂纹分布、裂纹发展阶段分析以及裂纹发展高度、宽度和间距的对比分析。采用有限元分析方法,对试验梁的受力特性和裂纹分布进行验证。论文通过理论分析、试验研究及有限元验证,对基于梯度复合设计思想的钢纤维混凝土梯度复合结构的裂纹特性进行了详细分析,为高体积率钢纤维混凝土梯度复合结构的研究与应用提供了参考。