碳纤维增强聚合物（Carbon Fiber Reinforced Polymer，简称CFRP）由于其轻质、高强、耐久性能优良等优点，在结构加固领域已经得到广泛的应用。近年来，外贴CFRP加固钢结构技术引起了学者强烈的兴趣，同时也展开了一些关于CFRP加固钢结构的研究。研究表明，CFRP与钢结构之间粘结界面的性能对加固效果有决定性的影响，因此CFRP-钢界面粘结性能就成为外贴CFRP加固钢结构技术的基础和核心研究内容。但目前对CFRP-钢界面粘结性能的研究大多集中在正常服役环境下且以粘结剂内聚破坏模式为主，对于极端服役环境及常见的基于CFRP板层间剥离破坏和混合破坏模式的界面粘结性能研究还非常少。本文采用试验和理论相结合的方法，对基于CFRP板层间剥离破坏和混合破坏模式的CFRP-钢界面在正常服役环境及冻融循环、拟静力往复荷载、快速荷载等极端服役环境下的界面粘结性能进行了系统的研究，主要研究内容及研究成果包括：
　　（1）进行了一系列CFRP-钢单剪测试，研究了不同类型粘结剂（具有不同的极限抗拉强度和弹性模量）、不同类型CFRP板（具有不同的层间剪切强度）对CFRP-钢界面粘结性能的影响。采用三维数字图像相关（3D-DIC）的方法获得试验数据，得到了基于CFRP板层间剥离破坏的双折线粘结-滑移关系和基于混合破坏的三折线粘结-滑移关系。研究表明，当发生混合破坏时，界面粘结性能仅与粘结剂性能有关；而发生CFRP板层间剥离破坏时，界面粘结性能与粘结剂及CFRP板的性能均有关。
　　（2）通过试验研究了粘结剂类型、粘结剂厚度、CFRP板类型、CFRP板厚度等因素对CFRP-钢界面粘结性能的影响。得到了基于混合破坏模式的CFRP-钢界面粘结-滑移参数模型，发现此模型与基于粘结剂内聚破坏的模型类似，均由粘结剂性能决定；通过引入CFRP板层间剪切强度及CFRP板层间剪切耗能两个指标，提出了基于CFRP板层间剥离破坏模式的CFRP-钢界面粘结-滑移参数模型，并通过试验数据验证了模型的精度。
　　（3）对CFRP-钢单剪试件在冻融循环作用下进行一系列测试，揭示了基于不同破坏模式的CFRP-钢界面的退化规律及退化机理。通过引入冻融循环损伤因子，建立了冻融循环作用下CFRP-钢界面粘结-滑移关系参数的退化模型，并提出冻融循环作用下CFRP-钢界面粘结-滑移关系的理论退化模型，并通过试验数据验证了模型的合理性。
　　（4）对CFRP-钢单剪试件在拟静力往复荷载作用下进行了一系列测试，研究了粘结剂类型、粘结剂厚度及加载方式对CFRP-钢界面粘结性能的影响。定义了基于界面刚度降低的损伤参数，并通过分析归一化能量耗散与损伤参数之间关系及归一化滑移与损伤参数关系，揭示了不同类型CFRP-钢界面在拟静力往复荷载作用下的损伤机理并得到了界面的阈值荷载。
　　（5）对CFRP-钢单剪试件在快速荷载作用下进行了一系列测试，发现加载速率对粘结剂、CFRP板及CFRP-钢界面的性能都会产生很大的影响。基于加载速率对各种材料性能的影响，提出了考虑加载速率影响并基于CFRP板层间剥离破坏和粘结剂内聚破坏模式的CFRP-钢界面的粘结-滑移参数模型，并通过试验数据验证了模型精度。