在过去几十年中，由于钢纤维增强混凝土（SFRC）在开裂后的性能提升和工程适用性方面的优势，它被广泛应用于建筑结构和结构修复中[1]、[2]、[3]、[4]。SFRC在建筑楼板、工业地板、结构表面修复以及现有建筑构件的加固中的广泛应用，证明了其优异的韧性和抗裂性能。这些性能提升主要归功于均匀分布的钢纤维，它们在水泥基体中形成了三维（3D）的裂缝桥接和应力传递网络，从而提高了拉伸强度、断裂韧性、延展性和能量耗散能力等关键指标[5]、[6]、[7]。
然而，在寒冷地区，冻融循环（FTCs）会导致显著的耐久性下降[8]，表现为弹性模量[9]、压缩强度[10]、劈裂抗拉强度[11]和能量耗散能力[12]的降低。在材料尺度上，这种退化主要是由于水-冰相变应力在基体中引发的微裂纹的产生和扩展。先前的研究表明，添加纤维可以在一定程度上减轻冻融损伤对混凝土力学性能的不利影响。例如，含有1%钢纤维的试样在经过三次冻融循环后，其压缩强度和劈裂抗拉强度分别提高了约23.1%和76.8%，同时裂纹的起始和扩展也明显延迟[13]。进一步的研究表明，将钢纤维体积比从0.5%增加到1.5%，可以使SFRC在300次冻融循环后的残余压缩强度比普通混凝土提高约8.2–27.1%，且高长径比的纤维显著增强了峰值后的延展性[14]。这些结果表明，优化纤维掺量[15]、改善纤维-基体界面粘结以及采用材料设计策略（如优化骨料级配[14]、添加矿物外加剂[16]、[17]和控制水灰比[18]）是提高混凝土抗冻性和耐久性的有效方法。
从建模的角度来看，研究人员将冻融损伤变量引入到平均场均质化和损伤力学框架中，以量化冻融循环对混凝土宏观本构参数的影响[19]。多尺度模型通常将混凝土视为一种异质复合材料，从而将微裂纹演变与宏观刚度/强度损失联系起来，实现冻融损伤与材料参数之间的映射。还有一些研究提出了以冻融循环次数为演化变量的单轴压缩损伤模型，发现损伤随循环次数的增长遵循S形规律[20]。基于微观结构观察和声发射技术，一些学者指出界面过渡区（ITZ）容易发生优先开裂，并建立了描述峰值应力、峰值应变和弹性模量随损伤变量变化的关系[21]、[22]。
近年来，逐渐发展出了考虑纤维增强效应的循环本构模型[23]、[24]、[25]、[26]、[27]、[28]。相关研究通常结合纤维体积比和长径比来描述残余应变累积、卸载刚度退化和纤维-基体协同作用下的特征应变的非线性演变。在路径规则方面，分段函数可以准确描述卸载-重新加载过程[24]、[27]，而简化表达式则提高了模型的工程适用性[23]。在此基础上，一些研究人员修改了传统的冻融损伤水泥材料的分段模型，并通过有限元模拟验证了单轴循环压缩本构关系[29]。关于海水-砂混凝土和再生骨料混凝土在冻融循环后的研究，通过相对动态弹性模量（RDEM）量化了初始损伤，并提出了包含峰值应力、峰值应变、塑性应变和卸载刚度退化等参数的模型[30]、[31]。
尽管取得了这些进展，但在SFRC冻融损伤后的本构建模方面仍存在两个不足之处。首先，大多数模型仅关注单轴单调加载，未能充分考虑冻融循环后压缩过程中的关键响应特性，包括滞后特性、刚度和强度退化、能量耗散以及残余变形。其次，可用于校准SFRC循环本构参数的综合性实验数据库数量有限，且这些数据库在描述其适用性方面也存在局限性。先前的研究表明，在循环加载下，钢纤维主要改变包络曲线的特征参数，而其他一些力学行为与普通混凝土相似[32]，这进一步凸显了需要建立专门针对冻融和循环加载联合条件的模型，以评估寒冷地区建筑构件的性能（例如，在重复加载或地震作用下的柱子、墙体和楼板的压缩主导区域）。此外，从更广泛的灾害预防和振动减缓角度来看，通过补充阻尼装置（如粘弹性阻尼器）也可以在结构系统层面增强结构能量耗散[33]、[34]、[35]、[36]。
为了解决寒冷地区服役条件下的这些问题，本研究实验研究了冻融循环后SFRC的低循环单轴压缩行为（纤维体积分数Vf = 0–2.0%，以0.5%为增量；最多进行125次冻融循环）。所得观察结果和数据集为开发冻融后SFRC的循环本构描述提供了基础。
与传统的混凝土循环本构模型（如Karsan–Jirsa、Mander、Martinez-Rueda）和现有的冻融SFRC研究相比，本研究提供了（i）冻融后SFRC的系统化低循环单轴压缩数据集，以及（ii）一种可应用的循环应力-应变模型（包络曲线、幂律卸载和近似线性重新加载），其中关键参数明确表示为冻融损伤程度和纤维含量的函数。特别是，采用了RDEM作为可测量的、通常单调的损伤代理指标，以便明确识别模型参数并便于直接进行数值计算；同时整合了耐久性指标（RDEM、质量变化和强度损失比），以评估寒冷地区SFRC的服务寿命。该模型的适用范围限于以下条件：端钩式钢纤维（l = 35 mm，d = 0.75 mm；l/d ≈ 47；Vf = 0–2.0%）在C40混凝土（w/c ≈ 0.42）中，试验条件为GB/T 50082-2024快速冻融制度（5 ± 2至−18 ± 2 °C）和采用的低循环加载协议（位移控制加载速率为0.03 mm/min，力控制卸载速率为10 kN/s），且轴应变范围在研究范围内。
