随着公路桥梁、土木基础设施等工程建设的深入发展和技术更新，对混凝土材料及其结构性能提出了更高的要求。在普通混凝土基体之中掺入钢纤维形成钢纤维混凝土能解决普通混凝土的脆断问题，是混凝土增强、增韧研究的重要方向。微钢丝钢纤维混凝土经济、高效的布置形式可以弥补钢筋混凝土梁易裂短板，为了量化高掺量微钢丝钢纤维对钢筋混凝土梁抗弯、抗裂性能的影响；形成基于裂纹主动控制的梯度复合材料梁设计方法。论文基于功能梯度理念，对矩形截面钢纤维混凝土梯度复合材料梁进行计算理论方法分析和试验探讨研究，能够为高体积率微钢丝钢纤维混凝土梯度复合梁的设计提供重要的基础理论依据。
　　首先，结合微元法以及钢纤维混凝土、普通混凝土的本构模型函数，根据复合梁的力学结构特征，基于力平衡及力矩平衡条件推导得出钢筋钢纤维混凝土梯度复合梁的开裂荷载及极限荷载计算公式；并根据复合梁超筋破坏和少筋破坏的特点，得出顶部区域混凝土压碎破坏时以及钢筋拉断破坏时的受弯承载力计算公式；根据配筋设计概念得出了适筋梁的平衡配筋率计算方法。
　　其次，从结构设计角度出发，基于有效惯性矩法和裂缝宽度计算理论，对钢筋和微钢丝钢纤维进行有效简化换算；分别计算了梁开裂前的全截面惯性矩和开裂后的截面惯性矩，并通过插值法推导出梁正常使用阶段的刚度计算模型。考虑微钢丝钢纤维对复合梁结构的贡献和对裂缝扩展的阻碍影响，引入微钢丝钢纤维裂缝宽度影响系数，推导得出复合梁平均裂缝间距、平均裂缝宽度、最大裂缝宽度计算方法。
　　然后，对普通钢筋混凝土梁和钢纤维混凝土梯度复合梁分别进行三分点加载试验。根据试验结果，分别对开裂荷载、极限受弯承载力、梁正常使用阶段的刚度及跨中挠度、平均裂缝间距、平均裂缝宽度以及最大裂缝宽度等计算模型进行了对比分析，计算误差保持在6%以内；并结合试验结果对微钢丝钢纤维的裂缝宽度影响系数进行复核修正。
　　最后，为弥补实际试验样本的不足，验证本文计算模型的一般适用性，结合有限元模拟增加了变量因素的讨论和分析。基于混凝土塑性损伤模型，对微钢丝钢纤维混凝土梯度复合梁进行了拓展模拟分析；模拟结果与计算模型的结果基本一致。计算模型与试验数据、有限元分析结果的对比验证说明了本文的计算模型是可行、精度较高且安全的。