纤维增强复合材料(Fiber reinforced polymer/Plastic,简称FRP)筋(以下简称复材筋)具有轻质、高强、耐腐蚀等优点,作为混凝土结构的增强筋可有效避免混凝土结构因钢筋腐蚀膨胀而引起的耐久性问题;对复材筋混凝土结构施加预应力,可延缓构件开裂,控制构件变形,改善复材筋混凝土结构的使用性能。然而,复材筋是完全线弹性的高强材料,复材筋混凝土结构无法获得足够的延性,且预应力会进一步削弱构件的延性性能,限制了预应力复材筋混凝土结构的推广应用。为改善预应力复材筋混凝土梁的延性性能,本文采用一种新型的设计方法——压缩屈服设计方法。该方法是指:在复材筋混凝土梁弯矩最大处的受压侧配置高延性压缩屈服块(Compression yielding blocks,简称CY块)替换混凝土,使构件通过CY块的屈服实现最终破坏,从而提高整个构件的延性性能。为验证压缩屈服设计方法的可行性,本文对配置CY块的预应力复材筋混凝土梁延性性能展开了试验研究和有限元模拟分析,具体开展的工作及得出的主要结论如下:(1)中高延性CY块的研发。本文对13组钢纤维掺量为10%左右的中高掺量钢纤维混凝土块进行抗压试验,研究各试块的破坏模式、受压承载力和延性性能,重点考察了钢纤维混凝土块的延性性能与钢筋笼增强及预留孔数量和孔径的关系。试验结果表明:钢筋笼增强对于钢纤维混凝土块的延性性能基本无影响;设置预留孔对于钢纤维混凝土块延性性能的提高则具有非常明显的效果,当预留孔孔隙率ρ为3%~4%时,可以在保证钢纤维混凝土块具有足够的屈服强度的基础上获得较高的延性性能;(2)多根先张法预应力复材筋张拉工艺研发。本文进行了直径为10mm碳纤维复材筋先张法预应力施工工艺的研究,提出了多根预应力复材筋先张法的施工工艺,采用该工艺成功制作出先张预应力碳纤维复材筋混凝土试验梁。(3)配置CY块预应力复材筋混凝土梁试验研究。本文进行了8根复材筋混凝土梁的静力抗弯性能试验,研究了预应力梁类型(先张预应力复材筋混凝土梁、嵌入式加固先张预应力复材筋混凝土梁)、预应力水平、CY块构造特征以及CY块几何特征对复材筋混凝土梁破坏模式、受弯承载力、变形能力和延性性能的影响规律,试验结果表明:预应力可以抑制裂缝的开展,在一定程度上改善碳纤维复材筋混凝土梁的使用性能,但会降低碳纤维复材筋混凝土梁的变形能力,从而降低构件的延性性能;CY块对预应力复材筋混凝土梁的破坏模式具有较为明显的影响,当CY块与周围混凝土无可靠连接时,仅靠凿毛的方式难以保证其受压延性的发挥;当CY块与周围混凝土采用可靠连接时,CY块与周围混凝土产生了较好的协同受力现象,不同CY块将预应力复材筋混凝土梁的压应变提高了37.5%、171%和158%,且CY块会减弱构件开裂后的刚度,使构件在相同的荷载下,产生更大的挠度,表现出一定的延性特征。(4)基于有限元模拟配置CY块的预应力复材筋混凝土梁延性性能分析。本文借助ABAQUS有限元软件建立了配置CY块的预应力碳纤维复材筋混凝土梁的有限元分析模型,研究了CY块类型、混凝土强度和预应力水平对复材筋混凝土梁延性性能的影响规律,通过有限元模拟分析发现:CY块将预应力复材筋混凝土梁的延性系数从3.44提高到了4.24甚至7.03,使其满足规范最低延性性能要求;混凝土强度对预应力复材筋混凝土梁的延性性能基本没有影响;随着预应力水平的提高,复材筋混凝土梁的延性性能逐渐降低,预应力水平每提高0.25,延性系数平均降低16%;高预应力水平的预应力复材筋混凝土梁,可以通过增设CY块的方式获得优异的延性性能,从而在受力全过程中均具有良好的性能。