采用增大截面加固混凝土拱桥结构时,由于新增混凝土层与既有结构存在较大的龄期差,造成新增混凝土层极易开裂。而内部相对湿度的降低是收缩开裂的驱动力。为研究混凝土结构内湿度场、收缩应变时变特征,探索抑制加固结构混凝土新增层开裂方法,本文对比分析不同养护条件下、两种强度等级混凝土的基本力学性能、内湿度场以及收缩应变时变特征以及加固试验;通过试验数据参数反演标定有限元计算模型,对混凝土结构以及加固结构内湿度场、收缩应变长期时变特征进行数值模拟。试验结果表明,表面封闭处理可有效提高混凝土的抗拉强度、弹性模量,但抗压强度降低;表明封闭处理可有效降低混凝土内部相对湿度的降低,以及减小收缩应变;同时根据相对湿度、收缩应变数据,证明在一定湿度范围内相对湿度与收缩应变之间呈线性关系;通过试验数据参数反演标定有限元模型,能较真实反映混凝土内部湿度场、收缩应变时变特征。加固试验数据表明,加固后既有结构内湿度快速增加,而收缩应变快速降低。表面封闭处理可有效降低新增混凝土层收缩应变。将试验与数值分析结果应用于渠马大桥加固工程,研究表明未封闭处理易造成新增层开裂,且裂缝深度较深;通过表面封闭处理,可以有效降低既有结构与新增层之间的湿度梯度,降低加固结构新增层开裂风险。试验及理论分析结果表明,通过表面封闭处理可有效提高混凝土劈裂拉伸强度,有效阻止混凝土内部相对湿度降低,减小收缩应变,提高构件抗裂能力。