混凝土作为土木工程材料,在基础设施建设中占据重要的地位,广泛应用于大坝、桥梁、房建等大型结构中。值得注意的是,在土木、水利等工程领域中,实际结构在静荷载下发生断裂的可能性并不高,断裂破坏更多的伴随着复杂的动荷载作用,例如地震作用、车辆荷载、水压力等。这些动荷载会给结构带来一定程度的损伤,有的结构物甚至在破坏时远远低于它的设计强度。针对我国地震频发的现状,研究地震作用下混凝土结构的断裂性能十分必要,而重要课题之一就是研究往复荷载作用下混凝土的断裂特性。此外,混凝土材料在循环荷载作用下的强度和变形性能是研究混凝土结构抗疲劳性能的基础。因此,研究混凝土在往复荷载作用下的断裂特性对研究混凝土结构的抗震和抗疲劳断裂性能有着重要的工程应用价值。为研究混凝土在往复荷载作用下的断裂性能,通过往复加载,对带预制切口的混凝土梁进行三点弯曲试验。试验中,采用线性位移传感器测量试件挠度,采用夹式位移计测量试预制切口处张开位移(Crack Mouth Opening Displacenent,CMOD),结合电子散斑干涉技术(Electronic Speckle Pattern Interferometry,ESPI)对梁表面进行全场测量。通过试验得到试件梁在加载全过程的荷载-裂缝张开口位移(P-CMOD)曲线、荷载-裂缝尖端张开位移(Crack Tip Opening Displacement,CTOD)曲线以及ESPI位移云图。分析试验结果可知:夹式位移计与ESPI测量结果吻合较好,证实ESPI技术测量混凝土梁位移场的准确性。基于P-CTOD曲线曲线和ESPI位移云图混凝土的断裂分为三个阶段:一是裂纹起裂阶段,梁为弹性变形,其名义刚度保持不变;二是裂纹稳定扩展阶段,梁进入弹塑性变形阶段,梁名义刚度逐渐降低到0;三是裂缝失稳扩展阶段,梁名义刚度降低为负值。此外,本文采用扩展有限元法(Extended Finite Element Method,XFEM)模拟往复荷载作用下混凝土梁在不同参数下的断裂行为。首先对XFEM的基本理论和计算方法进行了详细阐述,包括混凝土常用的本构关系以及黏聚裂缝模型的基本内容进行介绍。通过将模拟结果与试验结果进行对比发现,二者吻合较好,误差在10%左右,证实了数值模型的可靠性与可行性。在此基础上对试件梁进行参数化分析,研究了缝高比、缺口偏置距离和跨度对混凝土梁断裂特性的影响;对数值模型中材料参数(包括最大主应力、弹性模量和粘滞系数)的影响进行敏感性分析。最后,对本文研究内容及主要结论进行总结,并对下一步的研究工作提出建议和展望。