传统钢筋和预应力钢筋的腐蚀严重影响着钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土结构的耐久性。碳纤维增强聚合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer，简称CFRP)筋具有良好的抗腐蚀性、高抗拉强度、低密度、非磁性、良好的抗疲劳性能和低松弛，它已作为替代传统钢筋和预应力钢筋的潜在材料之一，特别是在体外预应力混凝土结构中代替传统的体外预应力钢筋，具有十分重要的现实意义和广阔的应用前景。 通过试验研究和理论分析的方法，研究了CFRP体外预应力筋混凝土梁的承载能力和变形性能。主要研究工作包括CFRP体外预应力筋夹片式锚具的的力学分析、CFRP体外预应力筋夹片式锚具的研制开发、CFRP体外预应力筋预应力损失计算分析、CFRP体外预应力筋混凝土梁正截面抗弯承载力试验研究、CFRP体外预应力筋混凝土梁斜截面抗剪承载力试验研究、CFRP体外预应力筋混凝土梁斜截面抗剪承载力计算分析、CFRP体外预应力筋混凝土梁正截面抗弯疲劳性能试验研究、CFRP体外预应力筋混凝土梁挠度计算分析等八个方面。主要研究内容和研究成果如下： 1.CFRP预应力筋夹片式锚同装置的自主研制开发 为增大预应力CFRP筋与夹片之间的接触面积并减少应力集中的现象，从而减小夹片对预应力CFRP筋的横向挤压应力，确保避免预应力CFRP筋在张拉和使用过程中锚固区域的过早失效，提出了在预应力CFRP筋与夹片之间设置软金属(铜、铝、铅或锌)层过渡的设想。为避免“切口效应”，夹片锥角与锚环内锥角之间要有合适的锥角差。通过大量试验和计算分析，自主研制开发了轻巧灵活方便的CFRP预应力筋夹片式锚固装置。 2.预应力CFRP筋夹片式锚固装置的力学分析和试验研究 通过对该CFRP预应力筋夹片式锚同装置的力学分析，指出了锚环的内锥角应满足一定的条件：应加大夹片与CFRP筋之间的摩擦系数，同时尽可能地减小夹片外表面与锚环内表面之间的摩擦系数；以及加长预应力CFRP筋夹片式锚具的长度等相关结论。为预应力CFRP筋夹片式锚具的研制试验提供了理论依据，减少了预应力CFRP筋锚具研制过程中的盲目性。根据最大剪应力理论，推导得到了预应力CFRP筋夹片式锚具的锚环强度校验计算简化公式。 3.体外预应力CFRP筋的预应力损失计算分析 针对预应力CFRP筋与预应力钢筋在弹性模量、线膨胀系数等性能上的差异，系统地提出了体外预应力CFRP筋的预应力损失计算公式，并与体外预应力钢筋的预应力损失计算的不同之处进行了比较。 4.CFRP体外预应力筋混凝土梁正截面抗弯承载力试验研究 通过体外预应力混凝土梁正截面抗弯承载力试验研究，表明CFRP筋体外预应力混凝土梁的受力过程和体外预应力钢筋混凝土梁相类似；体外预应力CFRP筋曲线布置混凝土梁的开裂荷载和正截面极限承载力比体外预应力CFRP筋直线布置混凝土梁要大，而跨中极限挠度值则要比体外筋直线布置的CFRP体外预应力筋混凝土梁小；CFRP体外预应力筋混凝土梁的跨中极限挠度值要比体外筋同样布置的体外预应力钢筋混凝土梁要大。 推导了CFRP体外预应力筋混凝土梁正截面抗弯承载力计算公式，按本文推导得到的理论计算公式，计算CFRP体外预应力筋混凝土梁极限承载力理论值与试验值吻合良好。 5.CFRP体外预应力筋混凝土梁斜截面抗剪承载能力试验研究 首次进行了CFRP体外预应力筋混凝土梁斜截面抗剪承载能力试验，试验表明CFRP体外预应力筋混凝土梁的剪切受力过程和钢筋混凝土梁相类似；CFRP体外预应力筋混凝土梁的抗剪承载力和开裂荷载随着剪跨比的增大而逐步减小；在剪跨比相同情况下，体外预应力CFRP筋曲线布置混凝土梁的开裂荷载和斜截面抗剪承载力比体外预应力CFRP筋直线布置的混凝土梁要大；CFRP体外预应力筋混凝土梁剪切破坏与CFRP体外预应力筋混凝土梁弯曲破坏相比，跨中极限挠度较小，延性较差，尤其是发生斜拉破坏的CFRP体外预应力筋混凝土梁尤为明显。 6.CFRP体外预应力筋混凝土梁斜截面抗剪承载能力计算分析 建立了CFRP体外预应力筋混凝土梁的桁架拱抗剪计算模型，用该模型推导得到了CFRP体外预应力筋混凝土梁抗剪极限承载能力计算公式，按此计算公式计算得到的试验梁的抗剪极限承载能力理论值与试验值吻合良好。 用极限平衡法推导了CFRP体外预应力筋混凝土梁的抗剪极限承载能力计算公式，并对该计算公式进行了简化。用该简化计算公式计算得到的CFRP体外预应力筋混凝土试验梁的抗剪极限承载能力计算值与试验值吻合良好。 7.CFRP体外预应力筋混凝土梁正截面抗弯疲劳性能试验研究 通过CFRP体外预应力筋混凝土梁正截面抗弯疲劳试验研究，表明CFRP体外预应力筋混凝土梁具有良好的抗疲劳性能，同时也表明体外预应力CFRP筋及其夹片式锚固装置也具有较好的抗疲劳性能。 通过对疲劳损伤后的CFRP体外预应力筋混凝土梁静力正截面抗弯试验研究，表明疲劳损伤后的CFRP体外预应力筋混凝土梁静力正截面抗弯承载力与未经疲劳试验的CFRP体外预应力筋混凝土梁几乎相同；疲劳损伤后的CFRP体外预应力筋混凝土梁的刚度有所退化，在同样静力荷载作用下，其挠度要较朱经疲劳后的CFRP体外预应力筋混凝土梁大，并且体外预应力CFRP筋的应力增量也比未经疲劳荷载循环后的CFRP体外预应力筋混凝土梁要大。 8.CFRP体外预应力筋混凝土梁挠度计算分析 根据力学虚功原理，推导了CFRP体外预应力筋混凝土梁在不设转向装置、跨中设一个转向装置、沿梁跨径方向设置两个转向装置等三种情况下，CFRP体外预应力筋混凝土梁在不同受力阶段的短期挠度计算公式，并提出了计算CFRP体外预应力筋混凝土梁长期挠度所要考虑的因素。 本文的研究成果为成功建造我国首座CFRP体外预应力筋混凝土公路桥(何圩桥)提供了技术依据和参考。