碳纤维复材(Carbon Fiber Reinforced Polymer)具有轻质高强、耐腐蚀、耐疲劳等优点,作为大拉力缆索的材料具有突出优势。与传统钢制缆索相比,碳纤维复材缆索由自重产生的承载力与刚度折减少,可实现更大的跨距,同时对环境腐蚀耐性强,减少全生命周期维护成本。碳纤维复材平行板拉索是一种新型的大拉力构件形式,具有比表面积大,便于施加锚固力的优点。本文依托科技部863项目子课题“结构工程用碳纤维复合材料拉索和锚具及其应用”,研究了碳纤维复材平行板拉索的承载力影响因素,拉索短、长期受力性能以及曲面板锚具锚固机理等关键科学与技术问题,主要工作与成果包括:(1)对影响碳纤维复材平行板拉索有效轴向拉伸承载力的因素进行了分析。针对碳纤维复材板尺寸效应、平行板不均匀滑移、锚具安装误差以及平行板垂度不均匀4种主要因素进行了不确定性分析。针对不同影响因素的特点采用理论或蒙特卡洛模拟的方法给出了指定可靠度指标下的整体与分项承载力设计折减系数的计算方法。(2)对碳纤维复材板锚固用曲面板锚具外形曲线进行了设计。合理设计的锚具外形使板件锚固后初始内力可定量计算,板材中无剪力与弯矩突变。拉伸试验结果表明曲面板锚具可发挥材料强度90%以上。以最大主应力作为结构胶层破坏准则,基于一定简化假设建立了曲面板锚具锚固承载力计算模型,可正确反映锚固承载力的提高量与曲面板波高成正比的规律,但对承载力提高效率存在低估。(3)对采用曲面板锚具的碳纤维复材板拉索进行了长期徐变试验。积累了国产碳纤维复材板的徐变数据,徐变数据表明碳纤维复材板拉索徐变发展可分为前期快速增长阶段与后期增长速率放缓逐渐稳定两个阶段,验证了徐变率与时间对数呈线性关系的结论。(4)对采用串联式曲面板锚具的碳纤维复材平行板拉索进行了拉伸性能试验。以有限元显式动力方法对碳纤维复材平行板拉索轴向拉力荷载下破坏过程进行了模拟研究,揭示了板件单元锚固承载力下降与不同板件失效过程差异产生的机理。本文在国产碳纤维复材拉索锚具设计、平行板拉索设计承载力计算与长期性能等方面取得了相应进展,对碳纤维大拉力缆索的应用提供一定理论与数据支持。