项目通过对纤维增强复合材料（FRP）疲劳性能的多层次研究，并结合大跨桥梁中FRP拉索的力学性能分析和需求，提出FRP拉索在大跨桥梁中的设计方法和优化手段，以此实现大跨桥梁的高性能和长寿命。项目具体研究了FRP材料微细观疲劳损伤规律，宏观FRP筋疲劳强度和寿命预测，FRP筋蠕变性能以及在大跨斜拉桥中的FRP拉索优化设计方法和大跨悬索桥综合力学性能。研究结果表明FRP材料中基体微裂纹发展是控制FRP疲劳性能的关键因素，并可通过基体增韧等方法进一步提升。玄武岩纤维FRP（BFRP）材料的疲劳性能高，抗蠕变性能强，远远满足一般大跨桥梁对拉索的疲劳蠕变性能要求，是一种适用大跨桥梁的高性价比材料。不过，在应用中，BFRP拉索的锚固方法是控制疲劳性能的关键因素，合理解决锚固应力的缓慢过度是实现BFRP拉索应用的关键问题。多种FRP拉索在大跨斜拉桥中具有不同的优化设计参数，其由大跨斜拉桥非线性变形性能和拉索材料的疲劳蠕变性能共同决定。在大跨悬索桥中，多种FRP拉索表现出比传统钢拉索更加优越的静动力性能。 2100433B

针对纤维复合材料（FRP）在土木工程中应用存在的理论研究不足，材料利用效率低和价格高的瓶颈问题，通过研究FRP及混杂FRP拉索长期疲劳性能及其高寿命大跨结构，建立FRP拉索疲劳寿命预测模型，完善其在高寿命大跨结构中的分析方法，推动FRP经济高效应用。研究拟从微观-细观层次揭示FRP的疲劳损伤过程，阐明损伤机理，并结合宏观FRP拉索的疲劳试验，综合评价并建立多尺度FRP拉索疲劳寿命预测模型。在此基础上，通过对FRP拉索大跨结构的静动力、稳定性和振动性能分析，完善结构性能分析和拉索设计方法。本研究特色在于通过集成扫描电镜（SEM）-疲劳试验机，实现疲劳加载的同时进行微-细观层次的原位观测，能够全过程记录FRP的疲劳损伤出现、积累和发展过程，为阐明损伤机理，综合评价FRP拉索疲劳性能提供有力手段。此外，定量阐明纤维混杂效应和改性方法，对提升FRP拉索综合性能具有重要意义。

碳纤维增强复合材料CFRP（Carbon Fiber Reinforced Polymer）以其强度高、重量轻、免锈蚀和抗疲劳性能好等优异性能有望成为大跨缆索承重桥梁中传统钢制拉索或吊杆的替代品，以克服钢制拉索或吊杆自重大、抗疲劳性能较低和耐腐蚀性能较差等缺点。缆索承重桥梁的拉索或吊杆在运营过程中可能遭遇车辆的横向冲击以及因相邻拉索或吊杆脆性断裂所造成的纵向冲击， CFRP材料的横观各项异性和脆性破坏特征使得CFRP拉索及其锚固系统的抗冲击性能成为其工程应用推广的关键问题之一，而国内外这方面的研究鲜见文献报道。基于此，本申请项目将对CFRP拉索及其锚固系统的抗冲击性能进行研究，基于系统的试验研究和理论分析，明确CFRP拉索及其锚固系统在冲击荷载作用下的受力变形特征及破坏机理，提出CFRP拉索及其锚固系统的抗冲击设计方法，研发提高CFRP拉索抗冲击性能的防护措施，为其工程应用提供可靠依据。

疲劳损伤是钢结构失效的重要原因，碳纤维复合材料加固钢结构已成为未来改善疲劳性能，延长结构物寿命的有效途径。然而对裂缝起裂常出现处的焊接接头加固研究较少。本项目研究碳纤维复合材料改善焊接接头的疲劳性能。首先选取典型的十字型焊接接头并对其进行疲劳试验，其次将对不同形式的面外焊接接头进行疲劳试验。考察外贴碳纤维复合材料尺寸、接头形状以及应力比、应力幅等参数对疲劳寿命的影响。数值计算时，采用精细化模型对试件进行分析，并采用paris裂纹扩展公式和应力强度因子进行分析，探求加固后焊接接头疲劳失效的机理，寻求破坏准则。同时为得到易于工程师应用的疲劳曲线，将采用常规的热点应力法，综合考虑各种参数影响，对试验结果进行分析，提出碳纤维复合材料加固焊接接头的设计理论和寿命预测方法，从而促进新材料、新技术在钢结加固中的应用。 2100433B