混凝土桥梁的建设期在我国已有几十年之久,建成数量居多,但在其广泛使用的同时,混凝土结构老化、病害等耐久性问题也随之产生,严重影响桥梁使用寿命。随着我国交通事业的发展,部分桥梁已不能满足使用需求,因此许多桥梁结构进入加固维修和改扩建阶段。增大截面法是一种常用的加固方法,即将病害严重的老混凝土去除,在坚硬的混凝土骨料上浇筑一层新混凝土,而新老混凝土粘结效果的好坏直接影响结构物的再次使用,故需要对新老混凝土粘结性能展开研究。本文通过模型试验研究新老混凝土粘结性能,分析其主要因素的影响,并将研究成果应用于沈阳某斜拉桥的拓宽加固工程中。本文的研究工作及结论如下:（1）通过三因素三水平正交试验研究新老混凝土粘结收缩性能,主要分析新老混凝土界面粗糙度、减缩剂掺量和玄武岩纤维掺量三种因素的影响。研究结果表明,随着玄武岩纤维掺量、减缩剂掺量和界面粗糙度的增加,新老混凝土约束收缩率减小。通过约束收缩率的极差分析和方差分析发现,影响因素主次顺序为玄武岩纤维掺量,减缩剂掺量,界面粗糙度,选取各因素的最佳水平为最优方案。（2）采用多项式拟合混凝土收缩试验数据,基于灰色系统理论及GM（1,1）模型对拟合曲线斜率进行预测。建立的混凝土收缩GM（1,1）模型的均方差比C和小误差概率P精度等级均为Ⅰ级,可认为该GM（1,1）模型的预测结果精度等级为优良。可用此GM（1,1）模型对混凝土收缩曲线斜率进行灰色预测,进而积分得到混凝土收缩率预测值,可为分析新老混凝土收缩应力情况提供数据基础。（3）通过三因素三水平正交试验研究新老混凝上粘结Ⅱ型断裂性能,主要分析新老混凝土界面植筋情况、界面剂类型和玄武岩纤维掺量三种因素的影响,采用Ⅱ型断裂韧度和断裂能两个参数评价新老混凝土界面粘结效果。分析结果表明,随着植筋数量和玄武岩纤维掺量的增加,Ⅱ型断裂韧度和断裂能增大;界面剂中掺入U型膨胀剂使Ⅱ型断裂韧度增大,水泥净浆界面剂使断裂能增大。通过两个参数的极差分析和方差分析发现,Ⅱ型断裂韧度和断裂能的影响因素主次顺序均为植筋情况,界面剂类型,玄武岩纤维掺量,选取各因素的最佳水平为最优方案。（4）以沈阳某斜拉桥的改扩建为工程背景,若将试验最优方案应用于其桥面板的拓宽加固中,有限元计算结果表明,桥面板结构性能满足要求,研究成果可为混凝土桥梁加固工程提供参考。