随着科技进步和产业结构的升级，高速公路运输日益占据越来越重要的地位。但是在巨大市场利润的诱惑下，大部分的货运车辆都不同程度地存在超载现象，且部分超载车辆的载荷远远超过了公路和桥梁的设计承受载荷，致使路面损坏、桥梁断裂，正常使用年限大大缩短。为了确保桥梁结构及交通运输安全，必须对这些运营的公路桥梁进行加固和维修。同时，分析超载车辆对桥梁结构所造成的损坏，对采取相关的预防和维修加固措施，具有重要的实际意义。本文使用本课题自主研发的碳纤维薄板（Carbon Fiber Laminate）并结合桥梁在实际服役过程中所受的载荷情况，通过试验研究和理论分析等方法，研究了CFL增强RC梁在大载荷（过载）作用下的疲劳性能。本文工作的主要内容和结论如下：1)首先通过计算确定了某桥梁20m简支梁的正截面抗弯能力和其过载限值；然后通过处理某高速公路的调查数据，确定了五种典型车型，同时计算每辆车通过梁产生的最大影响量，取过载限值以上的影响量编制出三级变幅载荷谱来近似模拟公路桥梁所受的随机载荷，并转化为适合MTS试验系统的三级变幅载荷谱。2)进行过载作用下CFL增强RC梁的三点弯曲疲劳试验，得到了过载条件下的Smax～N曲线，推定其疲劳极限为0.62Pu，同时和常幅以及随机疲劳的S-N曲线进行了对比，得到：常幅载荷下增强梁的疲劳寿命比变幅载荷下的疲劳寿命长；同样幅值下，随机载荷下增强梁的疲劳寿命比三级变幅要减少明显。3)探讨了增强梁跨中挠度的演变规律，得到了跨中挠度在疲劳稳定发展阶段与疲劳寿命的相关表达式；并由此得到，载荷的增大使增强梁在刚开始的较少次循环后，挠度就增大到一定水平，而在稳定发展阶段，其增长速率并不随载荷的增大而明显增大。4)过载载荷使增强梁进入了屈服阶段，其刚度衰减速率随载荷水平的增大而增大。且相对于处于弹性阶段的常幅疲劳，刚度衰减速率增长为1.5倍到2倍之间。5)结合试验数据，在Miner准则基础以及Corten-Dolan累积损伤理论基础上预测了变幅下增强梁的疲劳寿命，在D=0.77以及d=7.9时，预测结果精度较高，满足工程需求。