碳纤维增强复合材料(Carbon fibre reinforced polymer,简称CFRP)具有卓越的力学性能,不仅弹性模量高、抗拉强度大,还有很好的耐腐蚀、抗疲劳性能,进而可应用于加固钢结构。CFRP加固修复钢结构技术是使用粘结剂将CFRP按照加固标准粘贴于钢结构表面,使钢结构承受的部分力通过粘结界面传递给CFRP,达到两者复合的效果并且协同工作,充分发挥CFRP的材料性能,从而提升结构的力学性能,延长结构服役寿命。由于CFRP和钢之间的粘结界面是整个加固系统中最薄弱的部位,粘结界面的破坏将使加固效果大打折扣,甚至导致结构的失效。因此,提升CFRP对钢结构加固效果的关键在于CFRP-钢界面的粘结性能是否能满足承载要求。为此,本文针对CFRP加固钢结构中最易破坏的部位——粘结界面,利用CFRP-钢板双剪试件作为研究对象,通过理论分析、实验研究和数值模拟三种方法结合,分析了静载下CFRP-钢板界面的粘结性能,得出了能够确定粘结性能的各项参数。本文的主要研究内容及相关结论如下:(1)对CFRP-钢板界面的粘结性能进行理论分析。建立CFRP-钢板双剪试件的力学模型,通过线弹性理论推导得出CFRP-钢板界面的剪应力公式和试件的极限承载力公式,分别从界面的剪应力分布和最大剪应力两个角度对CFRP-钢界面的粘结性能进行分析、讨论。结果表明,钢板抗拉刚度和CFRP抗拉刚度会对界面最大剪应力与胶层厚度之间关系的实验研究产生干扰,当两者的值足够大时,实验得出的最大剪应力与胶层厚度的关系才最具有普遍性和通用性。(2)对CFRP-钢板试件进行双剪实验研究。使用万能试验机对CFRP-Q345B钢板试件和CFRP-X100钢板试件施加轴向拉伸荷载,采用数字图像相关(Digital image correlation,简称DIC)测量系统和应变片采集CFRP的表面应变,测出了CFRP-钢界面的极限承载力、有效粘贴长度和平均粘结强度,确定了试件的破坏模式,并对界面粘结滑移本构、界面剪切性能受胶层厚度和钢板材质的影响程度进行了分析、讨论。结果表明,0.1mm胶层厚度的CFRP-钢板试件的极限承载力完全由钢板-胶层界面的抗剪切能力决定,且受钢板材质影响,界面的破坏模式为钢板-胶层界面破坏,损伤-破坏过程较为迅速;0.5mm胶层厚度的CFRP-钢板试件的极限承载力由胶层的抗剪切能力决定,界面的破坏模式为胶层内聚破坏,损伤-破坏过程较为缓慢;CFRP-钢界面的粘结滑移关系都可以用双线性本构模型表示。(3)对CFRP-钢板界面的粘结性能进行数值模拟。采用有限元软件ABAQUS中的粘聚力单元对CFRP-钢板界面进行建模,通过输入本构参数,建立了可以模拟界面粘结性能的粘聚力模型,模拟了加载过程CFRP-钢板试件受力状态的变化,重点对CFRP-钢板界面的损伤过程和破坏模式作了详细的分析和讨论。结果表明,CFRP-钢板界面的粘结性能可以用粘聚力单元在数值模型中很好地模拟出来,尤其是当界面的破坏模式为胶层内聚破坏时,数值模拟可以比较准确地计算其极限承载力。