胶粘CFRP加固钢结构技术在土木工程领域具有广阔的应用前景。一方面,原结构通过黏结层将承担的部分荷载(包括活载)传递给CFRP,因此可以降低原结构的应力水平;另一方面,利用CFRP层疲劳强度高,通过黏结层的作用,约束原结构裂纹的扩展,从两方面达到加固修复的效果。两种作用均需传递荷载,在荷载传递的过程中,CFRP与钢之间的黏结界面层是该复合结构的薄弱部位。不管钢结构中是否存在缺陷,CFRP与钢之间的界面黏结性能是该技术的关键问题之一。本文围绕这一关键问题,针对高性能胶黏剂研发、黏结界面的应力分布及外界因素(温度、湿度及疲劳荷载等)对界面性能的影响机制等方面开展了较为深入的研究,主要研究工作如下:(1)基于自主研制的环氧胶黏剂,得到了固化剂及纳米材料种类与掺量对胶黏剂室温下的基本力学性能的影响规律,揭示了纳米材料对环氧胶黏剂的增强增韧机理,提出了高性能的纳米材料环氧胶黏剂的基础配合比,明确了固化剂、纳米材料的种类与合理掺量。结果表明,室温下较优固化剂选型为缩胺105,聚醚D230及缩胺105与聚醚胺D230按质量比1:2混合体三种。氧化石墨烯及功能化碳纳米管的添加主要提升了胶黏剂的拉伸强度,功能化纳米SiO2的添加主要提升了胶黏剂的断裂韧性及剪切强度。随纳米SiO2掺量的增加,胶黏剂的应力-应变关系由线性转变为非线性,应变能最高提升了 292.10%。微观结构分析表明,纳米材料的添加可抑制胶黏剂基体的裂纹扩展,增加了断面的粗糙度,另外纳米SiO2的添加使断面形成密集的塑性空穴,胶黏剂的韧性大幅度提高。(2)采用不同种类与掺量固化剂以及不同掺量纳米SiO2的胶黏剂,进行了室温固化后的CFRP板/钢板搭接试件的拉伸剪切试验,研究了固化剂及纳米SiO2对室温下搭接试件界面黏结性能的影响。以缩胺105作为固化剂,掺入纳米SiO2能显著增加搭接试件的极限承载力及有效黏结长度,提高CFRP表面的应变及界面剪应力峰值;纳米SiO2掺量为0wt.%与0.5wt.%的搭接试件的黏结-滑移曲线为双线性三角形模型,纳米SiO2掺量为1.0wt.%的搭接试件的黏结-滑移曲线为三线性梯形模型,分为“线性增长”、“屈服平台”、“下降段”三个发展阶段,黏结界面韧性大幅提升。(3)针对单一固化剂难以兼顾耐热性和韧性的不足,探明了耐热性能较好的缩胺105和韧性较好的聚醚胺D230两种固化剂混掺对纳米SiO2环氧胶黏剂高温下(70℃)基本力学性能及搭接试件界面黏结性能的影响规律,得到了满足服役高温环境的CFRP加固钢桥的固化剂混掺比。结果表明,缩胺105与聚醚胺D230两种固化剂混掺的较优比例为1:2,推荐较佳固化条件为90℃2h。推荐比例与推荐固化条件的纳米SiO2环氧胶黏剂在环境温度20℃～70℃之间的拉伸强度和应变能均大大优于常用商品胶黏剂,断裂伸长率也大大优于大多数常用商品胶黏剂。基于推荐比例与推荐固化工艺纳米SiO2胶黏剂的CFRP板/钢板搭接试件较基于常见商品胶黏剂具有优越得多的承载能力和界面断裂能。(4)针对夏季钢桥面温度可高达60℃左右,而环境温度对胶黏剂力学性能影响显著的现象。基于上述两种推荐配比的纳米SiO2环氧胶黏剂(配比1:纳米SiO2掺量1.0wt.%,固化剂为缩胺105,室温固化;配比2:纳米SiO2掺量0.5wt.%,固化剂为缩胺105与聚醚胺D230按1:2混掺,90℃固化2h),进行了不同环境温度下胶黏剂胶体准静态拉伸试验及CFRP板/钢板搭接试件的拉伸剪切试验,得出了环境温度对纳米SiO2环氧胶黏剂力学性能及CFRP板/钢板搭接试件界面黏结性能的影响机制。通过对不同环境温度下搭接试件的极限承载力及黏结-滑移本构参数进行线性拟合,建立了其在不同环境温度下的极限承载力及黏结-滑移本构的理论预测模型。(5)由于钢结构桥梁暴露于自然环境中,经常处于湿热、海水等恶劣环境中,且长期承受车辆荷载作用。通过胶黏剂胶体及CFRP板/钢板搭接试件的恒温水浴试验,明确了湿热条件对胶黏剂及CFRP板/钢板界面性能的影响。采用不同疲劳荷载幅进行了CFRP板/钢板界面的剪切疲劳试验,揭示了搭接界面的损伤演化规律,建立了界面黏结刚度损伤模型。(6)基于CFRP/钢界面黏结-滑移本构,建立了界面应力的理论分析模型,推导了界面滑移、剪应力及CFRP拉应力的计算公式。基于解析解,分析了 CFRP板黏结长度,CFRP板弹性模量与厚度及钢板弹性模量与厚度对搭接界面性能的影响规律。通过有限元分析,获得了搭接界面的损伤发展过程,模拟了环境温度对界面性能的影响规律。