岛礁工程建设不仅能够加速国家海洋战略的实施、促进中国国民经济发展，同时对于提升中国国防能力具有十分重要的意义。但是，岛礁大都远离大陆陆地，其上工程结构不仅面临着防护的设计问题，更时刻遭受到严酷海洋环境的侵蚀破坏，而传统混凝土防护结构抗冲击性能弱、易产生“二次危害”且耐久性差，难以满足岛礁工程结构性能要求。因此，开展基于岛礁环境下工程结构的防护设计及耐久性研究就显得十分重要。
　　本文以岛礁工程结构实际服役环境为背景，紧密围绕岛礁环境下高抗冲击梯度功能结构设计及耐久性展开研究；基于混凝土自身材料性能及防护结构撞击特点，以应力波在复合层状结构材料中的传播特性为理论依据，采用梯度分层化设计方法，提出了一种高抗冲击梯度功能复合防护结构模型。利用ANSYS/LS-DYNA软件对不同分布指数、不同厚度组合下高抗冲击梯度功能结构材料体系进行数值模拟优化设计研究。采用多相分层成型方法，制备一种高抗冲击梯度功能复合防护结构，结合试验及数值模拟对其抗侵彻性能、耐久性进行评价和破坏特性分析，提出高抗冲击梯度功能结构材料耐久性改善方法，为岛礁环境下高性能混凝土防护结构的设计、制备及耐久性提升提供重要理论指导。
　　本文主要研究工作及成果如下：
　　（1）基于动态冲击荷载作用下混凝土靶体响应特性及破坏准则综合分析，以复合层状结构材料中应力波的传播特性为理论依据并结合梯度功能结构材料基本原理，采用梯度分层化设计方法，提出一种高抗冲击梯度功能复合防护结构模型，该结构主要由超高性能混凝土（结构外层）、梯度过渡层和高性能陶粒混凝土（结构内层）三部分组成，以期实现整体结构的高强、高抗冲击和高耐久性功能。
　　（2）采用最紧密堆积原理对结构外层组分材料—超高性能混凝土进行配合比优化设计，分析不同直线型钢纤维与聚乙烯醇（PVA）纤维掺量、养护制度等对其静态和动态力学性能的影响，探讨结构外层组分材料强度、韧性的影响因素，提出结构外层组分材料高强、高韧性的设计方法。基于多孔结构材料吸能缓冲机理，以多孔结构的无机陶粒作为骨料进行结构内层的设计，开展不同陶粒-石英砂比例、水胶比和外加剂掺量下结构内层组分材料的力学特性研究，
　　提出高吸能缓冲结构内层组分的设计方法。通过对不同结构外层组分体积分数下梯度过渡层相关性能参数的研究，探究梯度过渡层密度、抗压强度随结构外层组分体积分数变化的影响规律，提出在高抗冲击梯度功能结构设计和制备过程中对结构外层体积分数的设计思路。
　　（3）以高强、高韧性结构外层材料和高吸能缓冲结构内层材料为组分，基于高抗冲击梯度功能复合防护结构模型，利用ANSYS/LS-DYNA软件对不同分布指数、不同厚度组合下高抗冲击梯度功能结构材料体系进行优化设计研究，探讨不同端钩型钢纤维掺量和界面处纤维取向分布下结构组分和整体的静态和动态力学特性，建立高抗冲击梯度功能结构材料体系的最优组分和结构形式。
　　（4）基于提升和改善岛礁防护结构人居舒适性考虑，建立集高强、高抗冲击、保温隔热于一体的梯度功能复合防护结构模型，开展不同弹体侵彻速度下其抗侵彻性能的试验及数值模拟研究，探究不同弹体侵彻速度下靶体成坑面积、成坑深度和侵彻深度的变化规律及抗侵彻机理，建立其抗侵彻性能评价方法。试验及数值模拟研究均表明，相对双叠层结构组靶体、单一材料结构组靶体，采用梯度结构设计制备的梯度结构组靶体具有优异的抗侵彻性能，其侵彻深度分别可降低25.6%和19.7%。
　　（5）基于岛礁环境，采用宏观与微观相结合的方法开展氯离子和硫酸盐侵彻作用下高抗冲击梯度功能复合防护结构耐久性的试验研究，通过对其水化产物组成、形貌及孔隙特性的研究，探究高抗冲击梯度功能复合防护结构力学性能的劣化机理，提出岛礁环境下高抗冲击梯度功能复合防护结构材料耐久性改善方法。