高强钢是近年来开始研究和应用的一种高性能材料,其具有的高强度等优势使其逐渐广泛地应用于大跨度和高层钢结构中。疲劳破坏是钢结构最为常见的破坏形式之一。在反复作用的荷载下,钢结构很容易出现由于疲劳裂纹扩展导致的突然断裂,从而引发灾难性后果。基于此,针对某些易出现疲劳破坏的钢结构部位,利用有效手段进行疲劳加固就显得十分必要。相比于传统的加固方法,使用碳纤复材进行疲劳加固的方法具有加固后疲劳性能好、加固工艺简单等显著优势,并且,其应用于普通钢结构疲劳加固的实用性和有效性已通过大量试验得到了验证。然而,截止目前国内外纯高强钢以及碳纤复材加固高强钢结构的疲劳性能试验较少,特别是脱胶与裂纹扩展理论分析、疲劳设计方法等方面的研究较少。基于此,本文针对国产Q345、Q460、Q690三种等级的钢材(其中Q345为普通钢,Q460、Q690为高强钢)开展了疲劳性能与设计方法研究,主要工作包括:(1)对碳纤复材加固的带裂缝高强钢板(Q460、Q690)与普通钢板(Q345)进行疲劳试验,控制应力幅和应力水平,分析失效模式和疲劳寿命,得到碳纤复材的不同加固效果。结论为碳纤复材的加固效果与纯钢板的疲劳性能、界面的失效模态有关;除高应力下胶层提前失效的试件,碳纤复材可以将带裂缝钢板的疲劳寿命提升至1.3到3.1倍。(2)对带裂缝高强钢板(Q460、Q690)与普通钢板(Q345)进行疲劳试验,得到高强钢疲劳寿命长于普通钢材疲劳寿命的结果,并从机理上解释高强钢疲劳性能优于普通钢材疲劳性能的原因。基于疲劳弧线法得到的数据,给出试验中三种钢材的疲劳材料参数,为疲劳设计提供参考。(3)对碳纤复材加固钢结构,基于现有疲劳寿命预测方法,考虑裂缝发展和脱胶的相互作用,发展考虑脱胶的疲劳寿命预测模型:基于已有文献和有限元拟合,定义开始脱胶的应力强度因子,并提出脱胶对应力强度因子的放大系数。最后结合本试验和已有试验证明该模型的准确性。(4)基于国内外现有规范,建立无裂纹钢结构加固设计方法,即在原有疲劳细节分类的基础上给出加固方案并考虑加固后应力幅的折减情况。基于本文提出的疲劳准则(考虑脱胶的疲劳寿命预测模型)和强度准则,建立带裂纹钢结构加固设计方法,编写设计程序EasyFatigueforFSS,可面向可用寿命或容许应力幅进行预测,方便工程使用。