在严酷环境中,传统的预应力钢筋混凝土结构中会出现钢筋锈蚀现象,采用耐腐蚀好的纤维增强复合材料（FRP）替换预应力钢筋/钢绞线是上述问题的有效解决途径。然而,FRP材料具有各向异性的特征,其横向抗剪切强度只有极限抗拉强度的十分之一。夹片式锚具由于其施工方便、互换性好、锚固机理明确等优势,已经逐渐成为预应力结构中预应力筋（绞线）的主要锚固形式。采用传统锚固钢筋的夹片式锚具锚固FRP筋时,夹片会对FRP筋产生较大的横向挤压,在夹片加载端出现明显的径向压应力集中现象（切口效应）,锚固效率低下。本文在课题组研发的FRP筋复合材料变刚度夹片式锚具的基础上进一步优化,从三维有限元建模数据分析、FRP筋变刚度夹片锚的短期力学性能、长期力学性能三个方面开展研究。本文主要内容和结论如下:（1）FRP筋变刚度锚固系统有限元建模参数化分析。通过对FRP筋变刚度夹片锚进行ANSYS三维有限元建模,分析了锚固长度、锚固形式、夹片刚度分布长度、夹片刚度比、分段数等因素对FRP筋表面径向应力影响,并针对不同直径的BFRP和CFRP筋分别进行了有限元参数化优化。确定具备良好锚固性能,能够明显减轻FRP筋表面径向应力的FRP筋的变刚度夹片锚的主要尺寸参数、材料选择和力学性能指标。10mm FRP筋的变刚度夹片锚尺寸优化为锚杯长度120mm（7mm BFRP筋为80mm）,夹片长度130mm（7mm BFRP筋为90mm）,夹片倾角为5°,刚度分布长度为1:1:3,刚度大小为3GPa-8GPa-20GPa（CFRP筋为3GPa-8GPa-30GPa）的夹片外凸式锚具。本文设计的变刚度夹片的设计亮点在于将夹片外侧张贴钢片,降低了夹片跟进时所受到的来自锚杯的摩擦力,且相比于上一代变刚度夹片锚尺寸大幅缩短,提高了锚具的便携性和实用性。（2）FRP筋变刚度夹片式锚固体系静力锚固性能试验研究。对优化设计后的7mm和10mm的光圆BFRP筋与CFRP筋的变刚度夹片锚固体系的锚固性能分别进行试验测试。对于不同直径的BFRP筋FRP筋变刚度夹片锚整体的锚固效率在88.8～91.0%,锚固体系极限应力1400MPa以上,比传统钢夹片锚具锚固效率79.4%,整体锚固效率提升10%左右,锚固效果提升非常明显。锚固高弹性模量的光圆CFRP筋,CFRP筋变刚度夹片锚具的整体锚固效率为95.7%,钢夹片锚具整筋锚固效率为104.3%,锚固效果均达到规范要求。对两种锚具进行经济性、适用性、实用性等方面进行综合分析,FRP筋变刚度夹片锚具相比于钢夹片锚具具备造价成本低、适应多种材料的FRP筋、锚固效果良好等优势,在工程应用中具备良好应用前景。（3）FRP筋变刚度夹片式锚固体系疲劳性能和松弛性能试验研究。首先针对10mm光圆BFRP筋变刚度夹片锚固体系进行疲劳性能测试。在0.4 fu疲劳应力下限的情况下,确定3种不同应力幅的疲劳荷载,采用疲劳应力幅为0.04 fu的构件疲劳寿命超过200万次,随着疲劳应力幅的增大,疲劳寿命迅速变短;采用疲劳应力幅0.08 fu的BFRP筋变刚度夹片锚构件疲劳寿命为94590次;当构件疲劳应力幅增大至0.12 fu时,BFRP筋变刚度夹片锚固体系的疲劳寿命仅有14272次。因此疲劳应力幅是BFRP筋的疲劳寿命的重要影响因素。建立了基于BFRP筋变刚度夹片锚疲劳性能数据的S-N疲劳寿命预测模型,为指导疲劳荷载的设置提供数据支撑和理论指导。还针对10mm BFRP筋变刚度夹片式锚固体系松弛性能进行了试验研究。通过设置0.4fu,0.5 fu和0.6 fu三组不同初始应力水平的FRP筋夹片锚具结构松弛试验,结果表明松弛率随着试件初始应力的增大而呈线性增长,构件1000小时松弛率分别为4.0%、5.4%和6.9%。基于试验数据建立了百万小时BFRP筋变刚度夹片锚的荷载保留率模型,确定了采用0.5 fu初始应力水平下的BFRP筋变刚度夹片锚的松弛性能能够较好的满足工程实际和预应力保持率的要求。