海洋环境恶劣,钢筋混凝土、钢材等传统材料腐蚀严重,而纤维增强复合材料(简称复合材料或复材)具有轻质高强、耐腐蚀、易施工等特点,更适合海洋极端环境。本文以海洋工程中的复合材料应用为背景,从机理分析、材料和构件老化试验、结构应用调研四个层面,分别进行了拉挤复合型材在海洋环境中的长期性能研究,并提出了基于厚度和时间控制的设计方法,论文的主要工作和成果包括:(1)对复合材料在结构工程中的应用进行了文献调研,了解了复合材料结构长期应用的可行性;选取了茅以升公益桥和东水门大桥进行实地调研,二者经过数年的使用仍保持良好的服役状态,证实了复合材料结构长期应用的可靠性。(2)对海洋环境、复合材料老化机理及长期性能预测方法进行了综述,了解了海洋环境中复合材料老化的基本规律。海洋老化工况以浸水侵蚀、紫外辐射为主,复合材料性能退化由基体、纤维及界面控制,腐蚀作用有分子物理渗透、化学侵蚀及大气老化等,长期性能预测依赖加速和老化模型及腐蚀失效判定标准的选取。(3)对拉挤复合型材在高温浸水、干湿交替和紫外老化三种工况下的长期性能进行了试验研究。结果表明,除了高温浸水工况外,拉挤复合型材各方面性能受到的影响均有限,且性能损失都趋于缓和,而高温浸水工况温度设置较高,可以推断在实际使用过程中的表现会更好,因此拉挤复合型材在海洋环境下的耐久性较好。(4)对拉挤复合型材构件在人工海水浸泡和紫外老化两种工况下的长期性能进行了试验研究。结果表明,拉挤方管在两种工况下质量、硬度和承载特性都没有明显变化,承载力损失集中在老化30天至60天期间,之后抗弯承载力稳定在80%,弹性阶段刚度基本保持不变,说明拉挤复合型材构件在海洋环境下的耐久性较好。(5)对材料和构件在海洋环境下的性能退化规律进行了对照,分析了两者间的相关性。结果表明,材料比构件的性能退化程度高,且不同工况差异性大,材料的横向拉伸强度、纵向弯曲模量和横向弯曲模量对构件弯曲性能起主要控制作用。(6)结合现有设计方法中对长期性能的考虑,参照水解和光解动力学平衡方程的形式,引入剩余强度模型,提出了针对海洋环境的、基于材料厚度和时间控制的影响系数设计方法,并用材料和构件试验数据进行了较好的拟合和验证。以上研究工作表明了拉挤复合型材在海洋环境中具有良好的长期性能表现,为其在海洋工程中的应用提供了理论支撑和长期性能设计方法。