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采用预应力纤维增强复合材料（FRP）加固钢筋混凝土（RC）构件疲劳性能以及耐久性是国内外土木建筑领域的一个前沿课题。在该类加固构件中，预应力FRP片材是直接粘贴于混凝土表面，加固构件的疲劳性能、破坏机理均与FRP-混凝土间界面的力学性能密切相关。因此，开展预应力FRP片材加固混凝土构件疲劳性能的研究，并探明该类加固构件界面剥离的破坏机理具有科学意义和工程应用价值。
本文以采用本课题组研发的新型FRP片材-碳纤维薄板（CFL）制作的预应力CFL加固RC梁为研究对象，对该类加固构件的疲劳性能和界面剥离行为进行理论分析和实验研究。本文的主要研究内容和结论如下：
1）以预应力CFL加固RC梁为研究对象，考虑弯曲多裂纹和界面软化行为的影响，理论推导了预应力CFL加固RC梁弯曲裂纹间界面的粘结剪应力，提出了界面软化长度的计算方法，建立了以界面临界滑移量为剥离判据的起始剥离和剥离破坏的预测模型；理论推导了预应力放张时界面粘结剪应力和CFL轴向正应力的分布规律，并给出了放张时引起界面的剥离临界张力的计算公式。实验结果表明，预应力放张时CFL轴向正应力的计算值与实验值吻合得较好；利用剥离预测模型可以有效地计算受弯CFL加固RC梁的剥离状况及剥离破坏时的承载力。
2）通过预应力CFL加固RC梁的三点弯曲疲劳试验，分析了加固梁的疲劳破坏机理、弯曲主裂纹的扩展规律、CFL和钢筋的应变的变化规律，得到了循环载荷作用下加固梁的S～N曲线。研究结果表明：与无预应力CFL加固RC梁相比，预应力能降低加固梁中受拉钢筋的应力幅，提高加固梁的疲劳寿命；预应力CFL加固RC梁的疲劳损伤演化经历混凝土开裂、钢筋疲劳断裂、CFL与混凝土之间的界面剥离等过程；弯曲主裂纹高度、CFL和钢筋的应变随循环次数的变化过程包括快速增长、稳定增长、失稳时急剧增长三个阶段。
3）分析了预应力CFL加固RC梁跨中挠度的演化规律，基于最小刚度原则，提出了考虑加固梁疲劳损伤全过程的动态刚度计算方法，研究了加固梁在循环荷载作用下刚度的衰减规律；基于损伤力学理论，采用剩余抗弯刚度来定义加固梁的损伤变量，建立了循环荷载作用下预应力CFL加固RC梁的累积损伤模型。研究结果表明，本文的理论计算模型能较好地描述预应力CFL加固RC梁疲劳累积损伤三阶段的演化规律；在疲劳损伤进入第二阶段后，与无预应力CFL加固RC梁相比，预应力CFL加固梁的损伤量明显减小。
4）对预应力CFL加固RC梁的界面疲劳裂纹扩展规律进行了理论和实验研究。理论推导了界面裂纹尖端附近区域的应力场，提出了界面裂纹能量释放率的计算公式；探讨了界面疲劳裂纹的扩展规律，首次给出了受弯加固梁界面疲劳裂纹扩展速率的半经验公式。研究结果表明，Ⅱ型裂纹萌生在预应力CFL加固受弯RC梁的界面疲劳破坏过程中占主导地位；在稳定扩展阶段，界面疲劳裂纹扩展速率可以Paris公式的形式描述。
5）对于预应力CFL加固RC梁的三种疲劳破坏模式：①受压区混凝土压碎、②钢筋疲劳断裂、③CFL与混凝土之间的界面的疲劳剥离破坏，分别进行了疲劳寿命分析，并提出了该类加固梁抗弯疲劳寿命的预测方法。研究结果表明，本文提出的疲劳寿命预测模型能有效地预测预应力CFL加固RC梁的抗弯疲劳寿命，而且预测值与实验值吻合得较好。