随着钢管混凝土(concrete filled steel tube,简称CFST)柱在工业与民用建筑、桥梁与塔架等结构工程中越来越广泛的应用,工程结构对大跨、高耸、重载的要求也逐渐提高。当构件承载力不断增加,截面尺寸越来越大时,将会引起钢管制作加工困难,混凝土浇筑质量得不到保证等一系列问题,采用内配加劲件的钢管混凝土构件可作为一种解决的方式。而当前国家标准GB 50936《钢管混凝土结构技术规范》中的适用对象只是针对于普通钢管混凝土,且一般截面尺寸不能超过2000 mm。对于内配加劲件的钢管混凝土,目前还没有一个系统的统一的,并与当前国家标准GB 50936相衔接对应的静力与抗火设计公式。当内配含钢率等于零时,内配加劲件的钢管混凝土就可看成是普通钢管混凝土。依据钢管混凝土的“统一理论”的思路,内外钢材对混凝土的约束套箍作用在各种荷载条件下的性质变化应该是完全连续的,因此将普通和内配加劲件的钢管混凝土统一起来进行研究,具有实际工程意义,同时也具有较强的理论意义。本文取常用三种内配加劲件的钢管混凝土截面形式,即内配钢筋形式、实心内配钢管形式与空心内配钢管形式,并将它们称为多层套箍钢管混凝土进行力学分析。通过建立相关的理论模型推导,得出构件在轴压及火灾下性质随各参数变化的函数关系或规律。然后,基于钢管混凝土“统一理论”,得到常温与高温下三种不同截面形式的多层套箍钢管混凝土构件完全统一连续的相关设计公式。并结合试验研究结果和数值模拟计算与参数分析结果,对理论公式的正确性进行验证。最后,基于常温下多层套箍钢管混凝土构件的压弯相关方程,给出了火灾情况下构件压弯相关方程统一的设计公式。具体研究工作如下:(1)对常温与火灾情况下多层套箍钢管混凝土构件进行轴压试验研究。填补和增加了相关试验研究,并对试验现象、荷载-变形全过程曲线、温度场-时间全过程曲线与变形-时间全过程曲线进行了详细的分析。(2)对常温与火灾情况下多层套箍钢管混凝土构件进行了数值模拟计算与参数分析。通过有限元数值模拟结果与试验结果的比较,验证了本文模型的正确性,然后开展了相关参数对构件不同性能的影响分析。(3)给出了多层套箍钢管混凝土轴压构件常温下理论研究。基于叠加原理、薄壁圆筒理论、厚壁圆筒理论和极限平衡法,理论推导出配筋钢管混凝土(reinforced concrete filled steel tube,简称RCFST)构件和配管钢管混凝土(concrete filled double steel tube,简称CFDST)构件承载力计算设计公式,并利用柏利公式,将钢管混凝土看成一种组合材料,推导得到稳定系数,然后依据钢管混凝土“统一理论”的思想,可以得到构件连续性统一的轴压强度与稳定承载力计算设计公式,最后与收集到的试验结果与有限元计算结果进行比较,验证了理论公式的正确性。(4)给出了火灾下多层套箍钢管混凝土构件的温度场分布研究。基于格林函数法与分离变量法,对构件的截面温度场模型进行解析分析,得到截面各材料温度场分布计算公式的构造形式,然后结合有限元数值模拟结果拟合回归得到钢管、钢筋以及混凝土的均匀受火下平均温度场半解析解计算公式,最后与有限元模拟算例与试验结果进行了对比,验证了温度场分布预测的正确性。(5)给出了多层套箍钢管混凝土轴压构件火灾下理论研究。基于验证后的各材料温度场分布的半解析解,在常温静力下构件轴压承载力统一公式的基础上,引入强度折减系数和高温下构件的稳定系数,得到标准火灾下,常温与火灾下任意时刻多层套箍钢管混凝土构件的轴压强度和稳定承载力简化计算统一公式,最后与本文和收集到的试验数据进行对比,验证了公式的合理性。(6)给出了火灾下多层套箍钢管混凝土构件耐火时间和防火保护措施分析计算。得出了有、无设置防火保护层时构件的耐火时间;给出了三种满足耐火极限要求的不同种保护措施,即内配加劲件方式作为防火措施、外涂非膨胀型涂料作为防火保护层和设置钢丝网抹M5普通水泥砂浆作为防火保护层,且分别得到了满足耐火时间下内配加劲件的截面面积和所使用防火保护层厚度计算公式。(7)给出了常高温下多层套箍钢管混凝土构件的压弯相关方程简化计算公式。将国内规范推荐的普通钢管混凝土压弯相关方程引入到多层套箍钢管混凝土构件中并得到验证后,进一步扩展至火灾情况下,最终得到常高温下多层套箍钢管混凝土构件的压弯相关方程统一公式,并与数值模拟结果与试验结果进行对比,验证了公式的合理性。本文在轴压、纯弯、压弯和火灾情况下所得到的构件相关设计公式可以同时适用于普通、内配多层钢筋、实心和空心内配多层钢管的钢管混凝土构件,且保证了常温和高温下公式形式的连续和统一,具有很好的工程设计指导意义。