本文针对碳纤维加固混凝土结构的若干力学问题进行了多方面的研究。研究工作主要从理论及实验两方面开展,涉及的内容包括碳纤维材料本身的力学性质、碳纤维与混凝土粘结界面的力学特点、碳纤维对裂纹扩展的影响等几个方面。首次将数字图像频域分析法(DIAF)应用于该领域的试验研究中。首先,本文介绍了数字图像频域分析法的基本原理,首次分析了将其应用在混凝土构件试验研究中存在的一些问题,包括混凝土自然表面与喷斑处理过表面对测试精度的影响及表面缺陷对测试精度的影响,给出了针对刚体位移、过大位移的处理方法,确立了如何解决系列加载中涉及到的位移叠加位置不匹配问题的方法,并对数字图像频域分析法应用在混凝土构件试验研究中位移、应变的测试精度进行了分析。其次,采用基于统计失效模型的方法,建立了一个基于单元的含有剪切面参数的三维剪滞模型,从细观力学的角度对CFRP片材的拉伸力学性能进行了数值模拟。纤维的强度基于蒙特卡洛(Monte.Carlo)方法,用两参数的韦布尔(Weibull)分布模拟。通过对碳纤维片材的数字图像频域分析法的试验研究证明了数值模拟的正确性。本文引入与横向剪切变形相关的界面应力σ_p ,τ_p,推导了考虑横向剪切变形影响的CFRP加固混凝土三点弯梁界面剪应力及剥离正应力的解析解。以此为基础,结合数字图像频域分析法对CFRP加固混凝土三点弯梁界面位移场进行光力学试验研究,得到了碳纤维片材粘贴端部界面剪应力与滑移量之间的关系曲线。作为对CFRP加固结构界面力学性能的补充研究,本文还对轴向拉伸铝试件粘贴CFRP后界面的变形情况进行了实验研究。以混凝土和CFRP片材的本构关系和变形特征为分析的基础,通过考察含裂纹的CFRP增强混凝土三点弯梁开裂的横截面的静力平衡关系,建立了承载力的理论解。与此同时,通过数字图像频域分析法,对CFRP增强含裂纹混凝土梁三点弯加载下裂纹尖端的位移场、应变场进行实验研究,较精确地获得了裂尖张开位移与荷载之间的关系曲线。