复合材料层合拱是一种以单层拱为基本单元,依据一定的纤维方向和叠加次序进行布置,经热固化等工艺处理叠合而成的层状构件,具有轻质高强、耐腐蚀、易成型的杰出特性,在土木、机械、航空、海洋等工程领域得到了广泛应用。作为一类典型的压弯构件,复合材料拱可能在外力作用下发生突然垮塌,丧失承载能力。由于拱的失稳具有突发性,事发前无明显预兆,一旦发生就会酿成重大安全事故,所以在工程中应极力避免。然而,近年来研究发现,层合拱的失稳亦有其积极的一面:利用拱的多稳态、大变形和大驱动力等特性能够实现压电制动、液体泵送、能量采集、阻尼消能等特殊功能,拱的失稳由此变不利为有利,颠覆了人们的认知。所以,不论从被动防御角度规避风险还是从主动激发角度适时利用,都需要准确了解层合拱的失稳特性。复合材料拱不同于各向同性材料拱,具有明显的各向异性特征,存在拉弯耦合效应,其失稳临界荷载求解难度很大。因此,本文以不同截面形式、不同荷载类型及不同边界条件下的复合材料层合圆弧拱为研究对象,采用理论推导、数值模拟、模型实验等研究手段,针对拱的平面内非线性弹性失稳问题开展系统创新性研究,主要内容包括:（1）提出了矩形截面层合拱非线性面内弹性失稳解析计算方法。根据经典层合理论,建立了非弹性主方向上的弹性刚度矩阵,围绕物理中轴推导了拱顶集中荷载作用下两端固接和两端铰接层合拱的控制方程,获得了失稳临界荷载的显式表达,描绘了拱的非线性失稳路径,定义了等效修正长细比参数用于表征拱的失稳模式,分析了铺层铺角、开口角度、长细比等参数对失稳临界荷载的影响,阐明了考虑剪切变形的必要性,搭建了适用于中小长细比层合拱失稳分析的通用理论框架。（2）推导了任意位置集中荷载作用下两端固接层合拱的失稳临界荷载。采用狄拉克函数描述荷载偏移度,揭示了层合拱的失稳行为同荷载作用位置、等效修正长细比的内在联系;研发了任意位置集中荷载作用下层合拱的全自动位移加载装置,并开展了模型实验,记录了不同矢跨比、截面铺角、荷载作用位置下层合拱的失稳演化过程,捕捉了上、下极值点的失稳临界荷载,跟踪了完整的非线性平衡路径,验证了解析计算结果的正确性。（3）探明了复合材料斜交铺层工字型截面拱的面内非线性失稳行为。采用平行移轴定理叠加翼缘及腹板刚度,建立了型材层合拱的弹性总刚矩阵;为了简化推导流程,使用中性平面的物理概念解耦截面内力,将轴力近似为常数,获得了拱的失稳临界荷载,描绘了径向均布荷载作用下两端固接、两端铰接、一端固接一端铰接拱的变形形态及内力分布特征,讨论了边界条件对型材层合拱失稳模式及失稳临界荷载的影响。（4）建立了弹性支承复合材料正交铺层箱型截面拱的失稳力学模型。根据能量驻值定理,给出了线弹性支承和弯曲弹性支承拱的位移边界和力边界条件,构建了约束柔度同最小分岔失稳修正长细比、极值点失稳与分岔失稳临界修正长细比、最小极值点失稳修正长细比的函数关系,厘清了弹性支承边界与理想边界拱失稳行为的差异与联系,探明了径向均布荷载作用下线弹性支承拱、及拱顶集中荷载作用下弯曲弹性支承拱的失稳规律。（5）揭示了热环境下复合材料正交铺层箱型截面固接拱的弹性失稳机理。首先采用线性应变理论研究了拱的热弹性行为,求解了均匀温差作用下拱的内力、位移和反力;随后,考虑失稳前非线性变形影响,建立了均布径向荷载与热环境耦合作用下拱的控制方程,获得了失稳临界荷载的显式解,确定了不同环境温差下拱的临界修正长细比参数,并分别从宏观和微观角度,分析了热环境对层合拱失稳行为的影响。