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采用轻质高强、高耐久的碳纤维复合材料(Carbon-Fiber-Reinforced-Polymers， CFRP)筋替代传统钢筋和钢制拉索用于土木工程，可从根本上解决因钢材锈蚀而引起的结构耐久性不足问题，并满足结构轻量化的需求。但这种高性能材料具有显著的各向异性及温度敏感性，因此，在实际应用前应对CFRP筋的纵、横向力学性能及其温度效应进行深入研究。然而，目前国内外关于CFRP筋力学性能，尤其是考虑温度效应的筋材力学性能的研究尚不全面。鉴于此，本文在国家自然科学基金“CFRP拉索及其锚固系统抗冲击性能研究(51478177)”及国家重点研发计划项目课题“纤维增强复合材料新型结构应用关键技术集成与示范(2017YFC0703008)”的资助下，对CFRP筋静力、抗冲击性能及其温度效应展开了系统研究，为CFRP筋在实际工程中推广和应用提供了理论支撑。本文主要研究内容及成果如下：
(1)不同温升历程后CFRP筋轴向拉伸性能试验研究。对经历常温(30℃)、100℃及200℃历程后CFRP筋-活性粉末混凝土(Reactive-Powder-Concrete，RPC)粘结型锚具锚固组装件进行了轴向拉伸试验，检验了该锚固系统的可靠性，测试了温升处理后CFRP筋的弹性模量、拉伸强度、断裂应变及应力-应变关系，明确了温升历程对CFRP筋拉伸性能及其锚固性能的影响，提出了CFRP筋轴拉性能随温升历程的退化函数;基于CFRP整束绞线及其组成单丝的轴向拉伸试验结果，确定了拉伸荷载作用下CFRP绞线内各单丝受力的不均匀性系数。
(2)常温下CFRP筋横向静力性能试验研究。通过CFRP筋三点弯曲试验测定了筋材三点弯曲荷载作用下的破坏形态和力学性能;以预张比为试验参数对9组CFRP筋-RPC锚具组装件进行了拉弯耦合加载试验，验证了拉弯耦合作用下RPC粘结型锚固系统的可靠性，研究了预张比对CFRP筋纵、横向极限荷载、横向变形性能以及吸能能力的影响，明确了拉弯耦合作用下CFRP筋的力学性能，建立了拉弯耦合作用下CFRP筋的失效评判准则。
(3)不同温度历程后CFRP筋横向静力性能试验研究。通过三点弯曲试验对经历100℃及200℃处理后CFRP筋的抗弯性能进行了试验研究，确定了温升历程对CFRP筋弯曲性能的影响规律;对经历常温(30℃)、100℃及200℃处理后的CFRP筋-RPC锚具组装件进行了拉弯耦合加载试验，明确了温度历程对CFRP筋横向静力性能的作用机理和影响规律，提出了CFRP筋横向静力响应的预测公式，并验证了温升历程后CFRP筋失效准则的适用性。
(4)常温下CFRP筋横向抗冲击性能试验研究。基于Charpy摆锤冲击试验，对刚性防护和柔性防护下CFRP棒材筋和绞线筋的断裂韧性进行了评价，提出了CFRP筋抗冲击防护的合理构造形式;采用落锤冲击系统对4组不同预张比CFRP筋-RPC锚固组装件进行了横向低速冲击试验，对比了CFRP筋横向动、静力响应，确定了CFRP筋横向冲击荷载作用下的动态折减系数(Dynamic Reduction Factor, DRF)为0.85，并提出了CFRP筋横向冲击响应预测公式。
(5)不同温度下CFRP筋横向抗冲击性能试验研究。针对桥梁缆索承载结构在服役期间遭受的温度作用及可能出现的车辆撞击问题，采用落锤冲击系统对-40~80℃温度下CFRP筋-RPC锚固组装件的横向抗冲击性能进行了试验研究，获得了CFRP筋冲击力、索力、横向位移及吸收能量的时程曲线，对不同温度下CFRP筋抗冲击承载能力和吸能能力进行了评价;基于试验结果获得了CFRP筋横向抗冲击性能的温度影响函数，提出了适用于不同温度下CFRP筋横向冲击响应的预测公式。
(6)CFRP筋横向受力性能数值分析。基于ABAQUS有限元分析软件，采用Hashin复合材料失效判据，建立了CFRP筋横向静、动力荷载作用下的数值分析模型，并用试验结果对模型的可行性和有效性进行了验证。采用经验证的数值分析模型，对CFRP筋应力状态和损伤状态进行了全过程分析，明确了CFRP筋横向荷载作用下的损伤失效机理，确定了荷载作用位置、锤头形状以及冲击速度对CFRP筋横向静、动力性能的影响规律。
(1)不同温升历程后CFRP筋轴向拉伸性能试验研究。对经历常温(30℃)、100℃及200℃历程后CFRP筋-活性粉末混凝土(Reactive-Powder-Concrete，RPC)粘结型锚具锚固组装件进行了轴向拉伸试验，检验了该锚固系统的可靠性，测试了温升处理后CFRP筋的弹性模量、拉伸强度、断裂应变及应力-应变关系，明确了温升历程对CFRP筋拉伸性能及其锚固性能的影响，提出了CFRP筋轴拉性能随温升历程的退化函数;基于CFRP整束绞线及其组成单丝的轴向拉伸试验结果，确定了拉伸荷载作用下CFRP绞线内各单丝受力的不均匀性系数。
(2)常温下CFRP筋横向静力性能试验研究。通过CFRP筋三点弯曲试验测定了筋材三点弯曲荷载作用下的破坏形态和力学性能;以预张比为试验参数对9组CFRP筋-RPC锚具组装件进行了拉弯耦合加载试验，验证了拉弯耦合作用下RPC粘结型锚固系统的可靠性，研究了预张比对CFRP筋纵、横向极限荷载、横向变形性能以及吸能能力的影响，明确了拉弯耦合作用下CFRP筋的力学性能，建立了拉弯耦合作用下CFRP筋的失效评判准则。
(3)不同温度历程后CFRP筋横向静力性能试验研究。通过三点弯曲试验对经历100℃及200℃处理后CFRP筋的抗弯性能进行了试验研究，确定了温升历程对CFRP筋弯曲性能的影响规律;对经历常温(30℃)、100℃及200℃处理后的CFRP筋-RPC锚具组装件进行了拉弯耦合加载试验，明确了温度历程对CFRP筋横向静力性能的作用机理和影响规律，提出了CFRP筋横向静力响应的预测公式，并验证了温升历程后CFRP筋失效准则的适用性。
(4)常温下CFRP筋横向抗冲击性能试验研究。基于Charpy摆锤冲击试验，对刚性防护和柔性防护下CFRP棒材筋和绞线筋的断裂韧性进行了评价，提出了CFRP筋抗冲击防护的合理构造形式;采用落锤冲击系统对4组不同预张比CFRP筋-RPC锚固组装件进行了横向低速冲击试验，对比了CFRP筋横向动、静力响应，确定了CFRP筋横向冲击荷载作用下的动态折减系数(Dynamic Reduction Factor, DRF)为0.85，并提出了CFRP筋横向冲击响应预测公式。
(5)不同温度下CFRP筋横向抗冲击性能试验研究。针对桥梁缆索承载结构在服役期间遭受的温度作用及可能出现的车辆撞击问题，采用落锤冲击系统对-40~80℃温度下CFRP筋-RPC锚固组装件的横向抗冲击性能进行了试验研究，获得了CFRP筋冲击力、索力、横向位移及吸收能量的时程曲线，对不同温度下CFRP筋抗冲击承载能力和吸能能力进行了评价;基于试验结果获得了CFRP筋横向抗冲击性能的温度影响函数，提出了适用于不同温度下CFRP筋横向冲击响应的预测公式。
(6)CFRP筋横向受力性能数值分析。基于ABAQUS有限元分析软件，采用Hashin复合材料失效判据，建立了CFRP筋横向静、动力荷载作用下的数值分析模型，并用试验结果对模型的可行性和有效性进行了验证。采用经验证的数值分析模型，对CFRP筋应力状态和损伤状态进行了全过程分析，明确了CFRP筋横向荷载作用下的损伤失效机理，确定了荷载作用位置、锤头形状以及冲击速度对CFRP筋横向静、动力性能的影响规律。