高性能混凝土（High Performance Concrete，HPC）可以提高结构的强度、抗裂性能及耐久性，因此被广泛应用于土木建筑工程。然而，当使用高性能混凝土的大跨度桥梁结构等存在裂纹状缺陷时，结构的抗裂性能则需要由材料的断裂韧性来衡量。目前，高性能混凝土材料的断裂韧性，尤其是考虑尺寸效应的断裂韧性的研究很少见报道。因此，有必要研究这类材料的断裂韧性及其尺寸效应，为材料的配合比优化设计和增韧设计提供理论依据和实验数据。预期研究成果对足尺结构的疲劳、断裂损伤及耐久性能的评估和预测具有重要的科学意义和工程应用价值。　　 本文采用普通高强混凝土和钢纤维增强聚合物高强混凝土（SFPHC），制作了12组70根带预制切口的三点弯曲试件，在几何相似和非几何相似条件下，对这两种HPC的断裂韧性及其尺寸效应进行了理论和实验研究。主要研究内容和结论如下：　　 1）建立HPC的应变软化模型，采用裂纹尖端应力场局部解和全场解的方法，分别推导了Ⅰ型裂纹尖端微裂区、断裂过程区（FPZ）的解析表达式，首次给出了考虑应变软化的无穷大混凝土试件等效断裂过程区尺寸，探讨了脆性破坏强度准则、拉压强度差异及泊松效应对FPZ尺寸的影响。研究结果表明：①由最大拉应变准则、莫尔强度准则及最大拉应力准则所得FPZ尺寸依次增大；②不考虑材料拉压强度差异和泊松效应的FPZ尺寸仅仅是实际材料的FPZ尺寸上限；③当试件无穷大时，FPZ的尺寸可由材料特性唯一确定。　　 2）对于两种HPC材料，应用高速摄像、反复加卸载等手段，进行了几何相似和非几何相似两种条件下的断裂韧性试验，较系统的研究了试件高度D、裂纹相对高度α0及材料组分对HPC断裂韧性的影响，探讨了HPC微观增韧及尺寸效应的机理。研究结果表明：①在几何相似条件下，由有限尺寸试件获得的名义断裂韧性（KC）随着D的增大而增大，并逐渐趋近于材料的平面应变断裂韧性（KIC）；②在非几何相似条件下，KC随着α0的增大先增大后减小，当α0为0．4时达到最大值；③在较低掺加物含量下，断裂韧性随钢纤维含量的增大而线性增大。　　 3）对5种具有代表性的尺寸效应律进行了分析比较。基于等效断裂过程区尺寸的解析表达式及Bazant尺度律，推导了断裂韧性的尺寸效应公式，探讨了HPC软化指数、强度准则对尺寸效应的影响，并采用国内外几组试验结果进行了验证。研究结果表明：①HPC软化程度越弱，其尺寸效应也越弱；②在相同软化水平下，KC/KIC随着相对微裂区尺寸的增大而减小，随着拉压强度比κ及泊松比υ的增大而增大；③当α0在0．4附近时，所测得的名义断裂韧性最接近于KIC。　　 4）首次推导了双K断裂韧度的尺寸效应公式，提出了无穷大试件双K断裂参数的实验推定方法，给出了考虑尺寸效应的双K断裂判据，并通过几组三点弯曲和楔入劈拉实验进行了验证。研究结果表明：①名义双K断裂韧度（试验值）随D的增大而增大，随α0的增大先增大后减小，且在α0约为0．4附近时达到最大值；②采用本文推导的尺寸效应律可以对名义双K断裂韧度进行定量的描述和预测。　　 5）建立各向异性损伤模型，推导了裂纹前沿损伤区的解析表达式；通过对SFPHC的断裂韧性实验，研究了不同α0及材料组分的试件损伤演化过程。研究结果表明：①损伤区尺寸随损伤参量ω的增大而缩小；②SFPHC断裂损伤演化分为稳定扩展和失稳扩展两个阶段。在稳定扩展阶段，损伤演化存在一定程度的尺寸效应，即α0越小，ω及其临界值ωc也越小；在失稳扩展阶段，ω的尺寸效应不明显；③聚合物和钢纤维含量对ωc及损伤演化速率有一定影响，即钢纤维含量越大，失稳阶段初期损伤演化越快，而后期损伤演化越慢；聚合物乳胶可降低失稳阶段初期的损伤演化速率。