在约束条件下的混凝土由于收缩会引起开裂,导致内部钢筋遭受锈蚀,严重影响到建筑物的适用性和耐久性。预应力混凝土结构在抗裂方面有着天然的优势,然而复杂的张拉工艺和严格的锚具制作制约了其在实际工程中的应用和发展。膨胀混凝土的广泛应用为这一难题提供了有效的解决途径。用碳纤维增强塑料CFRP替代钢筋不仅能起到防腐蚀的作用,而且作为浇筑模板,同时可以给膨胀混凝土提供更好的约束条件。鉴于以上因素提出了CFRP外包膨胀混凝土组合梁技术。这种组合结构在延迟开裂和消除腐蚀方面有着更好的表现。本文针对组合梁在偏心自应力下的力学性能分短期和长期分别开展试验研究和理论分析,具体研究内容如下：(1)组合梁短期力学性能进行了混凝土和CFRP的材料试验。通过改变CFRP层数设计不同的CFRP增强方式。对7根膨胀混凝土CFRP组合梁(SHCC)和7根普通混凝土CFRP组合梁(PCC)进行了静态应变监测试验(一个月)和四点弯曲试验。试验主要考虑了混凝土的种类、CFRP片材的层数和布置形式。主要研究了混凝土的膨胀和CFRP偏心布置共同作用下产生的偏心自应力在提高结构抗弯性能上的作用。试验结果表明,在延迟开裂和控制裂缝宽度方面,SHCC试件比PCC试件体现出了明显的优势。在抗弯承载力方面,SHCC试件同样优于PCC试件。相比于对称布置,偏心布置CFRP片材使得组合梁结构的抗弯特性有进一步提高。(2)组合梁长期力学性能试验总共设计了14根组合梁试件和4根对照组试件。对所有试件分别进行了材料试验,长期静态应变监测试验(五个月)和四点弯曲试验。主要研究了预应力的损失情况及偏心自应力引起的预拱度对组合梁起到的改进作用。通过四点弯曲试验对预应力组合梁力学性能进行测试。试验结果表明,在CFRP增强方式相同的情况下,SHCC试件比PCC试件表现出了更好的延迟开裂、控制裂缝宽度和承受荷载的能力。组合梁的承载力随CFRP配筋率的增加而增大,然而过大的配筋率会使组合梁的破坏形态由弯曲破坏向弯剪破坏转变。在配筋率相同的条件下,相比CFRP对称布置,偏心布置CFRP组合梁试件表现出的抗弯性能更加优越。(3)理论值计算与试验值对比对组合梁的开裂荷载、极限荷载和荷载位移P-A曲线进行了理论计算,根据典型的破坏模式提出了相对应的极限荷载计算公式,理论值与试验值吻合较好,为该系统进一步的研究和工程应用提供了数据参考。