钢管混凝土组合构件由于其优异的力学性能,在工程中有广泛的应用。常用的钢管混凝土组合构件截面形式为圆形和方形,最近几年矩形截面的研究与应用也有很大发展。本文从组合受力、协同工作、尺寸效应、外包钢管局部屈曲等方面,分析了矩形截面钢管混凝土组合构件的破坏机理与受力性能;结合试验对薄壁矩形钢管混凝土轴压短柱的破坏过程、受力机理及其性能进行了研究和数值模拟分析,探讨了钢管与核心混凝土协同工作机理及其影响因素,分析讨论了矩形截面薄壁钢管对核心混凝土的约束作用及其承载能力分析方法,推导了轴向受压承载能力计算公式。(1)以截面高宽比、混凝土强度、钢管壁厚为参数,对32个矩形薄壁钢管混凝土短柱轴压试件进行试验研究,观察其破坏过程、描述破坏形态、实测其承载能力与变形性能。试验现象及破坏形态表明,受力过程中,薄壁钢管长边首先发生屈曲,试件最终破坏形态及破坏承载能力与变形性能和钢管长边的屈曲有较强的相关性;矩形截面与方形截面和圆形截面相比,由于长边更容易屈曲,钢管对核心混凝土的约束作用相对较小,壁厚及截面的高宽比对约束作用影响显著;矩形截面薄壁钢管混凝土受压短柱的承载能力与变形性能除与截面高宽比、钢管壁厚有关外,还与钢管和核心混凝土的抗压强度比有关。(2)应用有限元方法,对矩形截面薄壁钢管混凝土组合短柱的轴压受力过程与性能进行了模拟分析,并与试验现象和结果进行了对比分析。数值模拟分析表明,矩形截面核心混凝土处于非均匀的侧向压应力状态,存在弱约束区,且薄壁矩形钢管对核心混凝土能提供的侧向约束相对也较小,核心混凝土约束强度与变形能力不能充分发挥,从而影响矩形薄壁钢管混凝土的轴向承载能力、变形性能与延性。从模拟分析的截面应力云图、薄壁钢管的屈曲变形图看,核心混凝土的应力分布及其大小与钢管的屈曲变形有很强的关联性,即薄壁钢管的屈曲显著影响核心混凝土的应力分布及其大小,最终影响构件的承载能力与变形。模拟分析结果与实验现象、破坏模态、荷载-变形曲线及钢管的荷载-应变关系有较高的吻合度。(3)在试验和数值模拟分析的基础上,建立了核心混凝土的约束分区模型和薄壁钢管的破坏准则,建立了矩形薄壁钢管混凝土轴压构件承载能力计算公式。计算结果表明,与试验和数值模拟结果吻合较好。应用承载能力计算公式,对薄壁钢管混凝土受压构件的性能进行了参数分析。研究和分析表明,薄壁钢管混凝土组合构件的受力性能不同于其他类型的钢管混凝土组合构件,一般钢管混凝土组合结构的计算理论不能直接用于矩形薄壁钢管混凝土组合构件中。(4)为改善薄壁钢管混凝土组合构件的性能,对带肋加强的矩形薄壁钢管混凝土短柱的性能进行了模拟分析。模拟分析参数为截面高宽比、加劲肋高度及其布置等,研究分析加劲肋改善性能的机理及其程度。研究表明,加劲肋能显著改善矩形薄壁钢管组合构件的受力性能。研究结果对分析和改善钢管束混凝土组合剪力墙的性能具有重要的参考价值。