高性能工程材料的应用是工程结构创新与发展的重要动力。凭借其出色的物理力学性能,新型复合材料纤维增强聚合物FRP（Fiber-Reinforced Polymers）和超高性能混凝土UHPC（Ultra-High-Performance Concrete）已成为土木工程学科当前的研究热点。二者结合应用有望形成一种兼具优异受力性能和耐久性能的新型预应力混凝土结构,能完全克服传统钢质预应力筋易于锈蚀的弊病,改善FRP配筋结构延性较差的缺陷,同时显著降低结构自重并提升跨越能力。鉴于已有文献鲜有涉及体外FRP预应力UHPC梁的静力与疲劳性能研究,在国家重点研发计划项目课题“纤维增强复合材料新型结构应用关键技术集成与示范（2017YFC0703008）”和国家自然科学基金重点项目课题“超大跨度高性能材料缆索承重桥梁结构设计及风致灾变理论与方法（51938012）”资助下,本文对体外配置碳纤维FRP（CFRP）预应力筋UHPC梁的正截面受弯、斜截面受剪以及抗疲劳性能展开试验研究及理论分析,以期为此类结构的工程应用提供借鉴和依据。主要内容及成果如下:（1）完成了8片体外CFRP预应力UHPC简支梁的正截面抗弯试验研究,试验参数主要包括预应力度、CFRP筋有效预应力、CFRP筋转向角度和加载方式等。测得了各试验梁荷载-位移关系、体外预应力增量、UHPC与受拉区钢筋应变、裂缝分布及宽度等变化规律。重点讨论了全预应力梁与部分预应力梁抗弯破坏模式、极限承载力及变形能力的区别。（2）使用“等效塑性区法”建立了体外预应力增量的计算方法,进而提出了体外CFRP预应力UHPC梁开裂弯矩和极限弯矩的简化计算公式。同时,编制了体外CFRP预应力UHPC梁的非线性分析程序,使用该程序分析了试验梁与基于传统工程材料的体外预应力梁的性能差异,并对试验梁进行了详细的参数分析。（3）完成了7片体外CFRP预应力UHPC简支梁的斜截面抗剪试验研究,试验参数主要包括剪跨比和CFRP筋有效预应力。测得了各试验梁荷载-位移关系、体外预应力增量、UHPC与非预应力玻璃纤维FRP（GFRP）筋应变、裂缝分布及宽度等变化规律。重点讨论了全FRP配筋预应力UHPC梁的斜截面破坏模式,以及GFRP箍筋和UHPC中钢纤维对试验梁抗剪性能的影响。（4）评价了各国现行FRP结构规范与UHPC结构规范对体外配置CFRP预应力筋UHPC梁抗剪承载力计算的适用性。结合抗剪试验研究结果,建立了考虑剪跨比与钢纤维影响的体外配置CFRP预应力筋UHPC梁斜截面承载力计算公式,并引入相关文献试验数据验证了其合理性。（5）完成了5片配置体外CFRP预应力UHPC梁的疲劳试验研究,试验参数主要包括预应力度、CFRP筋有效预应力和疲劳荷载水平。讨论了试验梁在疲劳荷载作用下的刚度退化、裂缝发展、CFRP筋预应力、UHPC与受拉区钢筋应变的变化规律。在此基础上,提出了配置体外CFRP预应力UHPC梁的疲劳挠度计算公式以及累积损伤预测模型。（6）明确了配置体外CFRP预应力UHPC梁各组成材料的疲劳损伤规律及疲劳破坏准则。基于受拉区钢筋的局部应力-应变分析法,提出了体外配置CFRP预应力筋UHPC梁的疲劳寿命简化预测方法。