碳纤维增强复合材料具有轻质高强、易于成型、抗腐蚀性和抗疲劳性能好、施工方便等优点,已越来越广泛用于钢结构加固中。然而,粘接层是碳纤维/钢复合结构的承载薄弱环节,如何提高粘结层强度一直是学者们研究的重点。本论文通过刻槽和喷砂表面处理技术粗糙化钢表面,并基于短纤维桥联增强机理,通过自制芳纶短纤维薄膜、碳纳米管预处理溶液技术及两者混合使用增强碳纤维/钢复合结构粘结层,设计了试验夹具,通过拉伸试验研究了各粘结层结构的失效机理,并测试获得各粘接界面的粘结/滑移本构模型,通过有限元分析与试验对比验证了本构模型的合理性。主要研究内容如下:(1)利用表面刻槽技术粗糙化钢表面,结合碳纤维(0°/90°)表面编制纹路形成的微观形貌,通过自制的芳纶短纤维薄膜,并利用表面润湿技术使芳纶纤维薄膜有效掺入树脂粘结层,通过加压固化制备了碳纤维/刻槽钢复合结构,静载剪切拉伸试验结果表明,由于芳纶短纤维分别嵌入刻槽钢和碳纤维表面,芳纶纤维的桥联作用实现了界面层和粘结层的“结构”增强,平均载荷值为5.8kN,断裂能为1.85N/mm,并测试获得该粘结层结构的本构模型;(2)针对芳纶纤维薄膜增强碳纤维/刻槽钢复合结构时,芳纶短纤维无法嵌入刻槽底部,因此采用碳纳米管预处理溶液对钢表面进行预处理,制备芳纶短纤维/碳纳米管混合结构增强碳纤维/刻槽钢复合结构,静载剪切拉伸试验结果表明,粘接失效模式主要为界面失效,部分试件出现碳纤维板的分层失效,说明碳纳米管可以进一步提高粘接强度,平均载荷值为8.43kN,断裂能为2.37N/mm,并测试获得该粘结层结构的本构模型;(3)利用表面喷砂技术粗糙化钢表面,通过碳纳米管预处理溶液对钢表面进行预处理,制备了碳纳米管增强碳纤维/喷砂钢复合结构,静载剪切拉伸试验结果表明,粘接界面失效模式主要为粘接层失效,平均载荷值为3.49kN,断裂能为0.338N/mm,并测试获得该粘结层结构的本构模型;(4)基于测试获得的三种粘结层结构本构模型,利用ABAQUS有限元软件仿真模拟了三种不同粘结层结构的碳纤维/钢复合结构ENF试验,并与试验测试结果对比,结果表明载荷/位移曲线的仿真结果与试验测试较一致,验证了仿真模型的合理性,并基于有限元仿真分析,研究了粘接层失效过程中应力分布规律。