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体外预应力混凝土结构在混凝土收缩、徐变、预应力损失、温度变形等共同作用下的蠕变性能分析极为复杂，且仍有很多问题亟需解决。碳纤维增强复合材料（CFRP-Carbon Fiber Reinforced Polymer）筋（碳纤维复材筋，简称CFRP筋）具有轻质、高强、耐腐蚀、抗疲劳、长期性能稳定等诸多优点，将其用作混凝土结构体外预应力筋，有比现有预应力钢筋不同的优势，可有效改善预应力混凝土结构的耐腐蚀、抗疲劳等长期性能。为了掌握体外预应力CFRP筋混凝土受弯构件在长期荷载作用下的蠕变性能，本文采用试验研究与理论研究相结合的方法，对CFRP筋和混凝土的材料性能及其体外预应力CFRP筋混凝土受弯结构构件的蠕变性能及分析方法展开了较为深入的研究，主要内容与成果如下：
（1）CFRP筋夹片式锚具比粘结型锚具具有锚固效率高、长期性能好以及外形尺寸小的优点。本文基于课题组自主研发的CFRP筋新型夹片式锚具，设计制作了30个试件，对CFRP筋的主要长期性能参数蠕变、松弛以及滑移等进行了持续1000小时的试验研究。重点研究了不同应力水平下 CFRP 筋蠕变、松弛发展规律及其差异，夹片式锚具长期滑移的发展特性以及受荷载水平的影响；测试了 CFRP 筋试件蠕变后的强度、弹模等力学性能指标参数，并与其静力力学性能进行了比较。明确了蠕变应变、松弛率与应力水平之间的线性关系规律，并在半对数线性模型基础上，通过对试验数据的回归分析，提出了 CFRP 筋的蠕变应变、松弛率预测模型。
（2）鉴于目前常用的混凝土材料收缩、徐变预测模型大多基于相关规范标准条件下的混凝土材料试验回归分析得到，它们对于自然环境下混凝土的适用性与预测误差还有待研究。为此，本文开展了自然环境下混凝土的收缩、徐变试验研究，研究参数主要包括养护龄期、加载龄期和体表比。详细探讨了混凝土收缩、徐变多个常用预测模型的表达形式及其影响因素与适用范围的差异，采用这些模型对本文试件进行计算并与试验值进行了比较分析。结果表明，根据实际试验条件修正后的既有预测模型对实际自然环境下混凝土的收缩、徐变预测仍然存在不同程度的误差。为此，本文基于自然环境下的混凝土试验，提出了可用于修正并提高混凝土收缩、徐变预测模型精度的“逐因素修正精度控制方法”，该方法通过对主要影响因素逐个分析，可有效控制与处理环境干扰因素多而复杂（如自然环境）条件下试验数据噪声的不利影响，从而，可直接甄别既有模型各自不同的对应特定因素的影响规律，并借此可修正给出具有较高预测精度及较广适用范围的混凝土收缩、徐变模型。
（3）开展了为期500天的3个体外预应力CFRP筋混凝土受弯构件的蠕变性能试验，并与采用钢绞线作为体外筋的同条件试件进行了对比分析。试验结果表明，在恒定荷载作用下，受弯构件跨中的长期挠度可达到初始挠度的2.0~3.1倍；与体外预应力钢绞线构件相比，采用CFRP筋作为体外预应力筋构件长期挠度高约5%，总体上两者各项蠕变性能均很接近。
（4）基于线性徐变理论与分时步徐变叠加法的基本原理，将截面分析与构件整体分析相结合，提出了体外预应力混凝土受弯构件的蠕变性能分析方法并编制了相应计算程序。通过结构构件作用与响应机理直接建立构件变形、预应力筋固有松弛与预应力筋实际应力的关系，并采用共轭梁法进行求解，克服了目前主要通过半机理半统计的常用简化计算或经验公式对体外预应力损失考虑不足的问题。该方法引入了混凝土弹模随时间变化的影响，可适用全寿命服役期的预应力混凝土结构。基于本文提出的混凝土修正收缩、徐变模型，采用上述体外预应力混凝土受弯构件蠕变性能分析方法对本文未开裂试件的计算误差在5%以内，对于开裂试件长期挠度计算误差约10%，体外筋预应力和跨中混凝土应变计算误差分别为3%和10%。
（5）论文还对体外预应力筋多种布筋形式对构件长期性能的影响进行了优化分析，研究表明，相比于元宝形三折线布筋，采用五点三折线、四折线布筋形式可有效提高体外预应力CFRP 筋受弯构件的长期性能，其中五点四折线对称布筋形式最佳。与元宝形三折线布筋构件相比，同条件下五点三折线布筋形式可减小跨中长期挠度 6.3%~6.8%，减小跨中顶部混凝土应力 10.2%~14.9%，减小跨中顶部钢筋应力、应变 6.9%~8.0%；同条件下五点四折线布筋形式可减小跨中长期挠度16.6%~26.5%，减小跨中顶部混凝土应力减小9.2%~39.9%，减小跨中顶部钢筋应力、应变23.1%~30.6%。
综上，本文提出的体外预应力混凝土受弯构件计算方法以及优化布筋形式对于实际工程具有重大的应用价值。
（1）CFRP筋夹片式锚具比粘结型锚具具有锚固效率高、长期性能好以及外形尺寸小的优点。本文基于课题组自主研发的CFRP筋新型夹片式锚具，设计制作了30个试件，对CFRP筋的主要长期性能参数蠕变、松弛以及滑移等进行了持续1000小时的试验研究。重点研究了不同应力水平下 CFRP 筋蠕变、松弛发展规律及其差异，夹片式锚具长期滑移的发展特性以及受荷载水平的影响；测试了 CFRP 筋试件蠕变后的强度、弹模等力学性能指标参数，并与其静力力学性能进行了比较。明确了蠕变应变、松弛率与应力水平之间的线性关系规律，并在半对数线性模型基础上，通过对试验数据的回归分析，提出了 CFRP 筋的蠕变应变、松弛率预测模型。
（2）鉴于目前常用的混凝土材料收缩、徐变预测模型大多基于相关规范标准条件下的混凝土材料试验回归分析得到，它们对于自然环境下混凝土的适用性与预测误差还有待研究。为此，本文开展了自然环境下混凝土的收缩、徐变试验研究，研究参数主要包括养护龄期、加载龄期和体表比。详细探讨了混凝土收缩、徐变多个常用预测模型的表达形式及其影响因素与适用范围的差异，采用这些模型对本文试件进行计算并与试验值进行了比较分析。结果表明，根据实际试验条件修正后的既有预测模型对实际自然环境下混凝土的收缩、徐变预测仍然存在不同程度的误差。为此，本文基于自然环境下的混凝土试验，提出了可用于修正并提高混凝土收缩、徐变预测模型精度的“逐因素修正精度控制方法”，该方法通过对主要影响因素逐个分析，可有效控制与处理环境干扰因素多而复杂（如自然环境）条件下试验数据噪声的不利影响，从而，可直接甄别既有模型各自不同的对应特定因素的影响规律，并借此可修正给出具有较高预测精度及较广适用范围的混凝土收缩、徐变模型。
（3）开展了为期500天的3个体外预应力CFRP筋混凝土受弯构件的蠕变性能试验，并与采用钢绞线作为体外筋的同条件试件进行了对比分析。试验结果表明，在恒定荷载作用下，受弯构件跨中的长期挠度可达到初始挠度的2.0~3.1倍；与体外预应力钢绞线构件相比，采用CFRP筋作为体外预应力筋构件长期挠度高约5%，总体上两者各项蠕变性能均很接近。
（4）基于线性徐变理论与分时步徐变叠加法的基本原理，将截面分析与构件整体分析相结合，提出了体外预应力混凝土受弯构件的蠕变性能分析方法并编制了相应计算程序。通过结构构件作用与响应机理直接建立构件变形、预应力筋固有松弛与预应力筋实际应力的关系，并采用共轭梁法进行求解，克服了目前主要通过半机理半统计的常用简化计算或经验公式对体外预应力损失考虑不足的问题。该方法引入了混凝土弹模随时间变化的影响，可适用全寿命服役期的预应力混凝土结构。基于本文提出的混凝土修正收缩、徐变模型，采用上述体外预应力混凝土受弯构件蠕变性能分析方法对本文未开裂试件的计算误差在5%以内，对于开裂试件长期挠度计算误差约10%，体外筋预应力和跨中混凝土应变计算误差分别为3%和10%。
（5）论文还对体外预应力筋多种布筋形式对构件长期性能的影响进行了优化分析，研究表明，相比于元宝形三折线布筋，采用五点三折线、四折线布筋形式可有效提高体外预应力CFRP 筋受弯构件的长期性能，其中五点四折线对称布筋形式最佳。与元宝形三折线布筋构件相比，同条件下五点三折线布筋形式可减小跨中长期挠度 6.3%~6.8%，减小跨中顶部混凝土应力 10.2%~14.9%，减小跨中顶部钢筋应力、应变 6.9%~8.0%；同条件下五点四折线布筋形式可减小跨中长期挠度16.6%~26.5%，减小跨中顶部混凝土应力减小9.2%~39.9%，减小跨中顶部钢筋应力、应变23.1%~30.6%。
综上，本文提出的体外预应力混凝土受弯构件计算方法以及优化布筋形式对于实际工程具有重大的应用价值。