碳纤维布以其高强、轻质、耐腐等特点在加固领域中得到广泛应用，但普通的粘贴加固方法无法充分发挥碳纤维布的高强特性。对碳纤维施加预应力可以改善构件在使用阶段的受力性能，加深对该项技术的研究将具有重要的意义和工程实践价值。本文首先介绍了目前国内外普通纤维复合材料加固钢筋混凝土矩形梁的计算方法。并对一钢筋混凝土梁进行了碳纤维布加固前后极限承载能力的非线性有限元对比分析，分析结果与参考文献的试验结果基本吻合，说明预应力碳纤维布加固可以有效发挥碳纤维布高强特性，也说明了本章中有限元模拟的合理性。针对目前桥梁中广泛使用的箱梁，本文推导了预应力碳纤维布加固箱梁的承载能力、挠度计算方法，用理论的方法分析了加固后结构的力学性能。针对目前大跨径箱形梁桥中普遍存在的箱梁顶、底板裂缝、腹板裂缝、跨中下挠等病害，本文以连续刚构桥为模型，考虑钢束预应力的作用，采用三维空间有限元实体分析方法，通过改变外贴碳纤维布厚度、改变张拉预应力等方式设置了多种荷载组合来比较加固前后结构的挠度、混凝土应力等。研究表明，预应力碳纤维布加固箱梁截面可以提高截面的抗弯承载能力，可以提高碳纤维布的强度利用值。但对大跨径梁桥，预应力碳纤维布加固对结构整体挠度(刚度)提高不大。本文也模拟了具有跨中底板水平裂缝、1／4腹板斜裂缝等缺陷的连续刚构桥，计算其加固前后箱梁截面应力、裂缝宽度的变化。对比分析表明，预应力碳纤维布加固箱梁可以改善裂缝应力，抑制裂缝的变形和发展。加固前，裂缝应力主要集中在裂缝尖端，而加固后，跨中底板裂缝尖端正应力、主拉应力显著减小，1／4跨腹板斜裂缝剪应力减小，但主拉应力变化不大。研究还表明，采用预应力碳纤维布加固时，强大的预应力使碳纤维布端部混凝土应力增大，在实际桥梁加固应用中应该考虑端部锚固方法。