以亚热带地区服役的钢筋混凝土(RC)桥梁为研究背景,考虑该地区的温度和湿度变化、以及运营桥梁承载构件实际所承受的车辆随机荷载,本文构建碳纤维薄板(CFL)加固RC桥梁构件,并以此作为研究对象,提出湿热环境与车辆随机载荷耦合作用下加固构件的加速疲劳实验方法,并实施湿热环境与车辆随机载荷下CFL加固RC梁的三点弯曲疲劳实验,探讨湿热环境与车辆随机载荷对CFL加固RC梁疲劳性能的影响机制,提出CFL加固RC梁在湿热环境与车辆随机载荷耦合作用下的疲劳寿命预测方法。本文的主要研究内容与结论如下:(1)湿热环境与车辆随机载荷耦合/共同作用下碳纤维增强复合材料(CFRP)加固RC构件的疲劳实验方法。对广东省内高等级公路车流量进行采集,并通过损伤等效及统计分析、非高斯随机过程的模拟、车辆随机载荷实验谱的编制等一系列方法,成功地获得了与实际车流量时间序列的概率特性相同、考虑了桥梁结构的响应特性、可方便地应用于随机疲劳实验的车辆随机载荷实验谱;基于上述车辆随机载荷实验谱、以及本课题组构建的智能环境疲劳实验平台,提出了湿热环境与车辆随机载荷耦合作用下CFRP加固RC构件的疲劳实验方法;利用上述实验方法成功地实施了5组湿热环境与3个随机载荷水平耦合/共同作用下45根CFL加固RC梁的三点弯曲疲劳实验。(2)环境与载荷交互作用效应对加固梁疲劳破坏机制的影响。基于上述环境随机疲劳实验结果,探讨了环境与载荷对加固梁的疲劳破坏模式、裂纹形态、疲劳变形等的影响机制。研究结果表明:1)不同湿热环境会导致CFL加固RC梁出现不同的疲劳破坏模式:温度和相对湿度较低时,其破坏模式为主筋疲劳断裂引起的CFL-混凝土界面剥离破坏;随着温度和相对湿度的升高,其破坏模式逐渐向CFL-混凝土界面剥离的单一模式转变;2)温度和相对湿度越高,CFL-混凝土界面的粘结性能越弱,CFL-混凝土界面的剥离位置由“混凝土层”向“混凝土-粘结胶层”和“粘结胶-CFL层”转移;3)随着温度和相对湿度的升高,加固梁的疲劳裂纹条数减少,裂纹间距增大;相较于恒幅载荷,随机载荷作用下加固梁的裂纹更为集中,数量更少;4)随着温度和相对湿度的提高,在同一载荷水平下,加固梁的挠度更大,且增长速率更快;在同一湿热环境下,载荷水平越高,挠度越大,但其对挠度的增长速率并无明显影响。(3)加固梁的环境随机疲劳方程。考虑湿热环境对经典疲劳方程中材料参数m的影响,推导了湿热环境与车辆随机载荷耦合/共同作用下加固梁的环境随机疲劳方程,并采用本文5组实验中的4组数据对该环境随机疲劳方程进行拟合,得到了湿热环境与车辆随机载荷耦合/共同作用下加固梁环境随机疲劳方程的半经验表达式。尔后,采用另一湿热环境(50 ~oC,78%R?H)的一组实验数据对该半经验表达式进行验证,结果表明该环境随机疲劳方程能够高精度、有效地预测本文研究范围内的湿热环境与车辆随机载荷耦合/共同作用下CFRP加固RC梁的疲劳寿命和疲劳极限,为桥梁加固结构抗疲劳设计提供理论依据及基础数据。(4)修正Miner准则及疲劳寿命预测。考虑湿热环境与随机载荷对加固梁损伤演化规律的影响,提出了加固梁的临界损伤与温度和相对湿度的半经验关系式;然后,以该关系式作为修正项,建立了新的修正Miner准则。尔后,对基于Miner准则、修正Miner准则、环境随机疲劳方程等三种寿命预测方法进行了比较分析。预测结果表明:基于Miner准则的预测结果高估了加固梁的疲劳寿命,而本文提出的基于修正Miner准则、环境随机疲劳方程的预测方法是有效和可行的。其中,基于环境随机疲劳方程的预测方法精度更高,而且更方便。(5)加固梁环境随机疲劳过程的数值模拟。考虑湿热环境与车辆随机载荷下材料的性能退化,建立了加固梁在湿热环境与车辆随机载荷耦合作用下疲劳分析的有限元模型,探讨了加固梁的疲劳破坏机理,并对其寿命进行了预测和实验验证。研究结果表明:1)在同一载荷水平下,温度和相对湿度越高,CFL和主筋的应力越大;在同一湿热环境下,载荷水平越高,CFL和主筋的应力也越大;2)湿热环境对主筋损伤演化的影响较小,而对CFL-混凝土界面损伤演化的影响十分显著;3)建立了基于主筋和CFL-混凝土界面损伤的破坏准则,并对加固梁的疲劳寿命进行了预测。初步的验证结果表明,利用该方法对湿热环境与随机载荷耦合下加固梁的疲劳寿命进行预测是有效和可行的。