针对当前高层结构普遍存在结构自重和竖向构件截面尺寸大的问题,基于活性粉末混凝土RPC(Reactive Powder Concrete)材料的优越性能,对RPC剪力墙抗震性能及设计方法进行了试验和理论研究,并分析了RPC剪力墙在超高层结构中应用的可行性。主要的研究工作如下:(1)系统总结了RPC材料及构件和结构的研究现状,对RPC在实际工程中的应用情况进行了分析,对混凝土剪力墙的研究进程进行了较详细的归纳,结合高层结构特点,从理论上论证了RPC剪力墙的可行性。(2)对3片不同高宽比的RPC剪力墙进行了低周反复荷载试验,主要研究了高宽比对RPC剪力墙试件承载力、破坏形态、滞回特性、延性、耗能能力等抗震性能的影响。试验结果表明:RPC剪力墙承载力高,高宽比对RPC剪力墙的破坏形态有重要影响,高宽比为1、1.5和2的RPC剪力墙分别发生剪切破坏、弯剪破坏和弯曲破坏,随着高宽比的增大,试件滞回曲线捏拢程度减弱,试件耗能能力增强,耗能量增大3.9倍,高宽比为2的剪力墙位移延性系数大于3。RPC剪力墙破坏形态与普通混凝土和高性能混凝土剪力墙基本相似,但裂缝分布范围更广,裂缝数量更多、更密集。(3)采用有限元分析程序Open Sees和分层壳单元对RPC剪力墙试件进行了加载全过程数值模拟,数值模拟结果与试验结果吻合较好,进而选定高宽比、轴压比、暗柱纵筋配筋率、分布钢筋配筋率等参数为变量,对RPC剪力墙的受力情况进行了参数分析,主要分析各参数对其承载力和延性的影响规律。结果表明:所分析的RPC剪力墙高宽比大于2.0时,可以保证位移延性系数不小于3的延性要求;轴压比对承载力和位移延性影响明显,随着轴压比增大,承载力增大的同时延性降低显著;增大暗柱纵筋配筋率能提高RPC剪力墙的承载力,但配筋率大于4.24%后,构件的延性却开始减小;墙面分布钢筋对RPC剪力墙承载力和延性影响均较小。(4)基于试验研究,对RPC剪力墙正截面、斜截面承载力以及抗裂计算模型进行了研究。推导了正截面抗弯承载力和开裂荷载的计算公式,采用软化桁架理论以及中国、美国、欧洲规范普通混凝土剪力墙计算公式对RPC剪力墙斜截面承载力进行了比较分析,可供工程应用参考。以试验为校核,建立了适用于RPC剪力墙的恢复力模型,给出了带下降段的退化三线性骨架曲线及各关键点的计算公式,对RPC剪力墙的滞回规则和卸载刚度进行了分析。(5)基于普通混凝土弯曲破坏剪力墙试验研究数据,比较不同塑性铰计算公式下极限位移计算值与试验值的误差,结果表明:采用NZ code塑性铰计算公式所得的极限位移误差小且计算公式适用范围广。通过理论推导弯曲破坏高剪力墙轴压比的计算公式,以NZ code塑性铰计算公式为基础,并基于位移延性的定义,建立了轴压比限值与位移延性间的关系,对给定位移延性下剪力墙轴压比限值的影响因素进行了参数分析,最后得出剪力墙轴压比限值的设计建议。同时采用试验和理论相结合的方法,对RPC剪力墙的轴压比限值进行了研究,以位移延性系数不小于3为目标,给出了不同抗震等级下RPC剪力墙的轴压比限值的取值建议。(6)通过收集110片发生剪切破坏的剪力墙抗剪承载力试验数据,得到了剪力墙受剪承载力计算模式不确定性统计参数和概率分布类型,结合几何统计参数和材料性能统计参数,得到了现行规范剪力墙受剪承载力统计参数的计算公式和概率分布类型,按规范规定的荷载效应组合,通过编制可靠指标计算程序,对剪力墙受剪承载力可靠度水平及影响其可靠指标的因素进行了参数分析,结果表明:按现行规范设计的剪力墙,其受剪承载力可靠指标不能满足目标可靠指标3.7的要求,对其可靠指标影响较大的因素主要是风荷载与永久荷载效应比、活荷载与永久荷载效应比以及分布钢筋的钢筋种类,而剪跨比、轴向压力、水平钢筋配筋率和混凝土强度的变化对其可靠指标的影响较小。为保证剪力墙抗剪承载力可靠度水平达到规范要求,对现行计算公式进行了修正,修正后的公式可靠指标平均值为3.849,满足目标可靠指标3.7的要求。(7)基于RPC材料和RPC剪力墙的研究成果,以一栋普通混凝土筒中筒超高层结构方案为背景,拟定了一栋同高度的RPC超高层结构,对两种方案的动力特性、结构自重、舒适度、抗震性能等进行了对比研究,结果表明:在满足现行规范的前提下,RPC超高层结构总自重较普通混凝土时减轻了31.3%,其中框筒柱混凝土用量减少了54%,剪力墙混凝土用量减少了50%,楼盖混凝土用量减少了9.4%。结构自重的减轻使得RPC超高层结构X、Y方向的地震作用分别减小了25.59%和25.72%,同时RPC优异的力学性能在提高结构使用寿命、减少维护费用等方面较普通混凝土结构更具竞争力。