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纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer,FRP)筋材凭借其耐腐蚀、高强、轻质和电磁绝缘等优点已逐渐成为混凝土结构中普通钢筋的理想替代材料,可有效解决钢筋锈蚀导致的混凝土结构耐久性不足问题。由于纯FRP筋混凝土构件的破坏通常呈现脆性破坏特性,且其正常使用性能较差,这些极大地限制了FRP筋在实际工程结构中的推广与应用。为了改善配置FRP筋混凝土结构的承载性能和正常使用性能,国内外学者开展了诸多尝试。一方面,采用FRP筋与普通钢筋混合配筋(以下简称“混合配筋”)的形式,以期在提高混凝土结构耐久性的同时提升其安全性和适用性;另一方面,从增大混凝土强度入手,使用高强混凝土以充分发挥构件内FRP筋的高抗拉强度特性,如采用掺入钢纤维的高强混凝土制作纯FRP筋混凝土构件等。然而,学者们对混合配筋高强混凝土结构构件的承载性能及优化设计等方面的分析和探讨还比较少,有待于进一步深入研究。鉴于此,本文在国家自然科学基金(51578267)的资助下,将FRP筋、普通钢筋及钢纤维高强混凝土三者结合,以试验研究与数值模拟相结合的方法,对玻璃/玄武岩(Glass/Basalt)FRP(即GFRP/BFRP)筋与普通钢筋混合配筋高强混凝土梁的受弯性能进行探索,主要研究内容和成果如下:1、自然环境下高强混凝土内GFRP/BFRP筋力学性能退化试验研究。将GFRP/BFRP筋埋置于高强混凝土梁内角区位置,将梁试件放置于室外365 d后,破碎混凝土并取出GFRP/BFRP筋试样,对比分析混凝土包裹前后GFRP/BFRP筋的力学性能退化规律。研究表明:混凝土环境对两类FRP筋的力学性能影响较大;相比于实验室环境(裸筋),混凝土环境下两类FRP筋的力学性能(拉伸、弯曲以及剪切强度)均有不同程度的降低,但其拉伸弹性模量和弯曲弹性模量变化不大;经上述分析,并从配置FRP筋的混凝土结构安全考虑,自然环境下混凝土内GFRP/BFRP筋的抗拉强度的折减系数建议取为0.7。2、混合配筋高强混凝土梁受弯性能计算方法理论分析。在考虑受拉区混凝土(钢纤维高强混凝土)抗拉能力的基础上,推导了混合配筋高强混凝土梁的平衡配筋率、开裂弯矩以及极限弯矩的建议计算公式;并在考虑GFRP/BFRP筋与普通钢筋粘结性能差异性的基础上,推导了其平均裂缝间距、短期最大裂缝宽度和跨中挠度的建议计算公式。相关研究可为混合配筋高强混凝土梁构件的设计与实际工程应用分析提供理论依据。3、混合配筋高强混凝土(CF50)梁受弯性能试验研究及对比分析。以混合配筋率、筋材面积比A_f/A_s等为主要参数,对混合配筋高强混凝土梁的受弯性能进行试验研究。并借助课题组已有混合配筋混凝土(C30)梁的相关试验结果,对比分析混凝土强度(CF50、C30)对混合配筋混凝土梁受弯性能的影响。研究表明:采用平衡配筋率理论能很好地预测混合配筋高强混凝土梁的破坏模式;在保证试验梁发生适筋破坏的前提下,合理地增大混合配筋率和提升混凝土强度等级均可有效提高混合配筋混凝土梁的受弯承载力,且合理地优化混合配筋高强混凝土梁的配筋面积比A_f/A_s可以使构件满足变形控制要求;混合配筋高强混凝土梁的开裂弯矩、极限弯矩、平均裂缝间距、短期最大裂缝宽度和跨中挠度建议计算公式具有良好的适用性。4、混合配筋高强混凝土梁受弯性能数值模拟研究与分析。基于前期试验结果和ANSYS有限元分析软件,建立混合配筋高强混凝土梁的非线性有限元模型。通过对比分析数值模拟计算结果和相应试验结果,在进一步验证混合配筋高强混凝土梁受弯性能变化规律的同时确定本文数值模拟研究方法的可行性。研究表明:混合配筋高强混凝土梁开裂弯矩的模拟值与实测值之间的误差较大,而其极限弯矩的模拟值与实测值吻合较好;开裂弯矩和极限弯矩模拟结果的变化规律与实测结果一致;正常使用状态下混合配筋高强混凝土梁的荷载-跨中挠度模拟曲线和实测曲线吻合较好。