钢材具有轻质高强、刚度大和塑性性能优越等优点,已经越来越多地被用于桥梁工程等大跨度结构。钢结构在长期使用过程中,不可避免地会受到自然灾害、人为破坏等因素的影响,这就导致结构内部可能会产生各种各样的损伤,甚至引起结构承载能力下降。所以,寻求一种安全、经济、有效的加固措施来恢复损伤钢结构的承载能力,使其在使用期内能够继续安全地服役,是工程领域一项迫在眉睫的研究任务。本文针对工字型截面钢梁这一研究对象,通过理论推导、试验研究与有限元仿真分析相结合的方式,研究预应力CFRP板加固受弯钢梁的机理以及对其抗弯受力性能的提升效果。主要研究内容如下:基于反拱法的加固原理,针对4根CFRP板加固钢梁试件进行了抗弯试验(其中1根为非预应力CFRP板加固钢梁、3根为预应力CFRP板加固钢梁),研究不同预应力水平对加固后钢梁抗弯受力性能的影响。试验结果表明:预应力CFRP板加固钢梁相对于非预应力CFRP板加固钢梁而言,屈服承载力、极限承载力以及抗弯刚度都有所提高,并且预应力水平越高,提高的幅度越大;不同荷载作用下,加载点处的碳板应变最大,碳板端部的应变最小;加固梁发生屈服或破坏时,预应力CFRP板加固钢梁试件的碳板利用率均高于非预应力CFRP板加固钢梁试件,因此在考虑材料利用率的基础上,预应力CFRP板加固法更具优越性。利用有限元软件ANSYS建立了三维实体-弹簧-壳单元模型对预应力CFRP板加固钢梁进行非线性仿真分析,通过数值模拟得到的各试验梁的荷载-挠度曲线与试验所得荷载-挠度曲线基本吻合,误差在可以接受的范围内,说明本文所建立的有限元模型具有较高精度。并且,有限元计算结果显示,粘结界面剪应力和剥离应力的最大值均出现在CFRP板端部,并且从碳板端部向跨中迅速减小,说明CFRP板端部是可能发生剥离破坏的最不利位置。当采用CFRP板加固钢梁时,对碳板端部进行有效地锚固是非常有必要的。基于钢结构设计理论,对预应力CFRP板加固钢梁的设计方法进行理论探讨,推导了预应力CFRP板加固钢梁的屈服承载力和极限承载力的计算公式。通过对比发现计算结果与试验结果比较吻合,说明本文所建立的理论公式是可行的,可以作为钢结构加固设计的理论参考。基于虚功原理和挠曲线近似微分方程,推导了预应力CFRP板加固钢梁的挠度计算公式,计算得到的挠度理论值与试验结果基本一致。