碳纤维增强聚合物复合材料(carbon fiber-reinforced polymer,CFRP)以其高强、轻质、耐久和抗腐蚀等优异性能,在工程结构维修与加固领域应用前景广阔。相较于混凝土结构,CFRP加固(尤其是疲劳加固)钢结构的研究非常匮乏。采用CFRP板进行钢结构疲劳加固的关键问题为CFRP与被加固结构物之间的界面黏结行为与疲劳性能以及恶劣环境(如高温)的影响。采用试验、理论及数值模拟相结合的方法,开展了考虑温度影响的CFRP增强损伤钢结构的界面行为和疲劳性能研究,主要包括以下内容:(1)开展了室温下CFRP板-钢界面黏结性能研究。试验研究了不同环氧黏结剂与CFRP材料下CFRP-钢搭接试件的力学性能,分析了黏结剂和CFRP材料特性对界面破坏模式、黏结-滑移本构及黏结强度的影响,讨论和改进了黏结强度预测方法。基于本文试验和建立的数据库,研究了界面黏结强度与胶层力学性能之间的关系。基于粘聚力模型对CFRP-钢黏结界面力学行为进行数值模拟,讨论了剥离应力对界面强度的影响。(2)开展了高温下环氧黏结剂和CFRP板-钢黏结界面力学性能研究。通过动态力学分析(DMA)和准静态拉伸试验,研究了四种典型环氧黏结剂浇筑体的高温力学性能。选择两种具有较高玻璃转化温度和高温拉伸强度的黏结剂制备了 CFRP板-钢双搭接试件,通过拉伸试验和数字图像相关(DIC)技术研究了试件在不同温度(25℃～70℃)下的力学性能,得到了不同温度下的黏结强度、接头刚度、破坏模式和界面损伤机理。获得了黏结剂浇铸体高温下力学性能的退化规律及其与CFRP-钢界面高温下力学性能退化之间的内在联系。(3)开展了不同温度下新型胶膜CFRP板-钢黏结界面的强度和韧性性能研究。通过DMA分析研究了胶膜的热机械性能。在室温和高温下进行了不同黏结长度的胶膜CFRP-钢双搭接试件的拉伸剪切试验,获得了其破坏模式、荷载-位移响应、CFRP表面应变及界面黏结应力分布规律。建立了不同温度下胶膜黏结界面的黏结-滑移关系,并与传统糊状黏结剂界面的黏结-滑移关系进行比较。基于试验数据和已有研究数据对常用的黏结强度模型进行了探讨,提出了不同破坏模式下的黏结强度计算方法,证明了新型胶膜在黏结强度、韧性及耐高温等方面的优异性能。(4)开展了不同温度下CFRP增强单边裂纹钢板在拉伸循环荷载下的疲劳性能试验研究。通过动态力学分析(DMA)研究了不同固化方法的黏结剂浇铸体的热机械性能,得到了环氧黏结剂的较优固化程序。进行了不同温度下纯钢板(未增强)和CFRP增强单边裂纹钢板的疲劳性能试验。分别采用“beach marking”和“back-face strain”技术监测钢板中疲劳裂纹和黏结界面损伤的发展。获得了不同温度下CFRP增强损伤钢板的失效模式、疲劳裂纹发展、疲劳寿命增长系数以及CFRP-钢界面的损伤演化过程。(5)开展了 CFRP增强单边裂纹钢构件的疲劳寿命预测理论及关键影响因素研究。解析了 CFRP-钢界面黏结应力计算方法,基于线弹性断裂力学提出了 CFRP增强含裂纹钢板裂尖应力强度因子计算方法,提出了 CFRP增强损伤钢结构疲劳寿命预测的修正Newman模型,讨论了经典Paris模型和修正Newman模型对于CFRP增强损伤钢结构疲劳寿命预测的适用性。基于验证后的理论模型分析了环境温度及关键设计参数对CFRP增强钢构件疲劳裂纹扩展及界面黏结应力分布的影响,提出了相应的疲劳设计准则。(6)开展了钢箱梁横隔板弧形切口及其CFRP补强的疲劳性能研究。通过足尺模型疲劳试验与理论分析,研究了钢箱梁横隔板光滑弧形切口细节的疲劳性能;通过热弹塑性有限元模拟,揭示了弧形切口处的热残余应力分布及其对疲劳性能的影响。研究了名义应力法和热点应力法对弧形切口细节疲劳评估的适用性,确定了横隔板光滑弧形切口细节的疲劳等级及相应的评估方法。对含初始几何缺陷的横隔板弧形切口的疲劳性能进行了研究,并采用外贴CFRP板法对其进行加固,对加固后的弧形切口和CFRP补强系统的疲劳性能进行了试验和分析,得到了一些重要结论。