石拱桥有着悠久的历史,是我国早期最常用的一种桥梁型式。随着时间的推移,许多现役石拱桥存在着承载力偏低、结构老化等病害,不能满足交通发展的需要,因此,研究石拱桥的加固理论与方法,对于确保交通安全,具有重要意义。混凝土增大截面法广泛用于石拱桥的加固中,该方法可有效地增大主拱圈的受力截面,提高结构承载力,目前已有许多工程实例,但对新增混凝土与旧石拱圈形成的组合结构复杂的受力行为还缺少必要的试验与理论研究。本文针对混凝土-石材粘结界面的剪切性能开展理论与试验研究工作,主要研究内容如下:(1)设计了Z型和套箍型两种试件,开展了混凝土-石材粘结界面剪切性能力学试验。研究了两类试件混凝土和石材界面的受力过程、裂缝开展和破坏过程,发现了两种试件的抗剪强度的差异,并根据试验结果分析了抗剪强度的影响因素及影响机理。(2)根据试验结果,结合混凝土和石材的微观结构特点,建立混凝土和石材“双界面三区-三层”粘结模型,利用该模型对粘结机理、抗剪机理和界面粘结滑移性能进行了分析,并提出一种植筋试件发生混合破坏时混凝土-石材界面粘结滑移关系式的求解方法。(3)利用有限元分析方法,选取带粘性行为的摩擦接触界面模型,建立试验试件的有限元分析模型,在模拟试验的加载方式和边界条件下,进行非线性分析,验证计算表明,用文中建模方法的数值计算结果与试验结果较吻合,二者差值在7%以内。进而通过有限元分析,深入了解了试件从加载到破坏试件各部位的全过程受力情况和界面荷载的传力机制。并利用有限元分析方法研究了套箍层厚度和试件尺寸对界面抗剪强度的影响。(4)基于试验结果和有限元分析结果,建立了混凝土-石材界面的抗剪承载力计算模型,提出了可考虑套箍效应增强作用的界面抗剪强度实用计算公式,计算结果与试验结果吻合较好,差值在10%以内,进而提出了工程中界面抗剪强度复核计算的方法。(5)结合一座石拱桥维修加固的工程实例,对混凝土-石材界面剪切性能理论在桥梁加固中的应用进行了研究。运用本文研究成果,对实际桥跨结构中混凝土-石材粘结界面的抗剪强度进行了复核计算,结果表明该桥混凝土-石材粘结界面结合良好,抗剪强度满足要求。最后,用平面桥梁专业程序对加固后全桥结构进行计算分析,表明采用混凝土增大截面法对该桥进行维修加固,加固效果良好,达到了预期的加固设计标准。