钢管混凝土叠合(ST-RC)柱是一种新型钢-混凝土组合结构形式,由核心钢管混凝土(CFST)和外围箍筋混凝土(RC)两部分组成。由于其出色的结构性能,叠合柱目前已在实际工程中得到广泛应用,主要包括地震多发地区的高层建筑、车站站台和桥墩等。然而,目前对于叠合柱在轴压作用和压弯作用下的力学性能和设计方法还比较欠缺;现有叠合柱规范中关于其轴压承载力、压弯承载力的计算公式和设计方法也需要进一步优化和分析。为了解决这些问题并促进叠合柱结构在实际工程中的设计与应用,本文在现有理论的基础上,重点对叠合柱在轴压作用和压弯作用下的承载力计算方法、高效数值分析和模拟等方面开展研究。本文所开展的研究内容可简述如下:(1)考虑外围箍筋的二次约束效应,提出了一种改进的叠加法来预测叠合柱的轴向承载力。建立了叠合柱在轴心压缩作用下的双重约束机理模型,推导了考虑双重约束的叠合柱轴向承载力预测公式,公式计算结果与大量已发表的试验数据吻合良好。(2)考虑二次约束效应和核心钢管混凝土和外围箍筋混凝土的变形协调,建立了叠合柱在轴向力作用下的轴力-应变全曲线解析模型。对传统约束混凝土理论在模拟叠合柱轴压力学性能时存在的不足进行了分析,阐述了轴压作用下叠合柱的约束相互作用机理。模型计算结果与大量已发表的试验数据在初始刚度、峰值强度、峰值位移和软化刚度及延性等方面都有较好的一致性。并给出了叠合柱在轴压下的极限强度和延性计算公式。(3)建立了考虑分期施工的叠合柱纤维单元数值模型。通过计算分期施工对核心钢管混凝土部分造成的初始应变差来模拟分期施工过程的影响。数值模型与试验结果的对比表明分析模型具有较好的精度。并通过定义的叠合柱效率系数和量化影响叠合柱力学性能的关键因素,对叠合柱中各个参数对实际工程的影响进行了评估。(4)提出了基于现有规范计算方法的叠合柱压弯承载力简化计算公式。阐述了现行规范CECS 188的主要设计思路和可能存在的问题。分析了实际工程中常用的参数对叠合柱压弯承载力的影响,并提出了基于现有规范计算方法的合理化建议,可以为压弯作用下叠合柱结构设计提供参考。