传统的钢筋混凝土结构中普遍存在钢筋锈蚀现象,采用耐腐蚀纤维增强复合材料(FRP筋)是解决上述问题的有效方法。目前,国内外建成不少FRP筋/索示范性工程,然而碳纤维增强复合材料(CFRP)筋价格高、延性小与混凝土热膨胀性系数差异过大,不能良好的共同工作等特点,玻璃纤维增强复合材料(GFRP)筋耐腐蚀性差,芳纶纤维增强复合材料(AFRP)筋松弛率过大,这些因素限制了其在预应力结构中广泛使用。随着新材料的发展,近年来,玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)力学性能优越、性价比高、耐腐蚀、耐疲劳等特点,成为替换预应力钢筋用于工程结构中希望。但由于BFRP筋各向异性的材料特性,其横向抗压强度和抗剪能力较低,致使不能采用传统锚固方式对其进行锚固,这也是制约其目前不能得到广泛应用的关键因素之一,因此,BFRP筋用作预应力筋的关键是研发出安全可靠的专用锚具,设计新型的锚具系统,供锚固BFRP筋使用。本文针对BFRP筋同源材料夹片式锚具优化设计及性能的研究,分别从有限元分析、BFRP筋、不同形式锚具三个层次进行,系统展开了新型同源材料BFRP筋夹片式锚具整体锚固系统的静力、疲劳和蠕变性能研究。为实现BFRP筋锚固系统在工程应用提供依据。具体内容包括:(1)BFRP筋锚固系统有限元模拟分析。通过对BFRP筋同源复合材料夹片式锚具的锚固长度,锚具内锥角,荷载传递介质变刚度变化,不同的锚固形式等,进行了全面的模拟优化分析,得到了各研究参数对BFRP筋锚固系统影响趋势;通过测试了BFRP筋的基本力学性能和荷载传递介质的抗压强度,确定锚固系统的优化设计强度控制值。最终确定锚具夹片为三片式,夹片长度为150mm、夹片加载端半径为5mm、夹片倾角为5°,荷载传递介质刚度分布沿加载端至自由端的弹性模量依次为4GPa-10GPa-20GPa,刚度分布长度比例为2:3:5的锚固系统。(2)BFRP筋同源复合材料夹片式锚固体系静力性能试验研究。通过锚固体系在静力作用下极限荷载与破坏形式,锚固区单筋与锚具荷载-滑移关系曲线,应力分布情况等,确定BFRP筋锚固系统的锚固性能。通过BFRP筋变刚度同源材料夹片式锚固体系与传统钢锚具进行静力拉伸试验对比,新型BFRP筋锚固系统静载锚固效率系数η_a为88.5%,而BFRP筋钢锚具静载锚固效率系数η_a为80%,虽然两者都小于规范规定值,但新型同源材料BFRP筋锚固体系优于传统的钢锚具,因此针对此荷载传递介质夹片继续优化设计。同时试验结果结合有限元模型分析,明确了锚固区BFRP筋表面受挤压应力分布情况。为有限元模拟BFRP筋锚固系统提供了新模型。(3)BFRP筋同源复合材料夹片式锚固体系疲劳性能试验研究。研究出BFRP筋复合材料夹片式锚固体系在不同疲劳荷载工况(应力幅、应力比、频率等)作用下的疲劳寿命及损伤演化规律,绘制BFRP筋复合材料夹片式锚固体系的S-N曲线,建立预测疲劳强度模型,预测BFRP筋锚固体系200万次疲劳应力幅限值为0.05f_u。根据夹片跟进及BFRP筋滑移情况,可以评估其预应力损失机理,为BFRP筋锚固系统长期性能提供解决思路。(4)BFRP筋同源复合材料夹片式锚固体系蠕变性能试验研究。通过测试出锚固区BFRP筋滑移与夹片跟进情况,可以评估其预应力损失机理,为BFRP筋锚固系统长期性能提供解决思路。三组不同应力水平0.4f_u、0.5f_u和0.6f_u应力下蠕变试验,通过应变时间曲线,论证其蠕变前两阶段,分析BFRP筋复合材料夹片式锚固体系的蠕变损伤情况,测试蠕变残余强度,通过BFRP筋锚固系统残余强度得到了提升,进而对新型的BFRP筋锚固体系蠕变性能进一步研究提供思路。