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结构是高层建筑的骨架,是建筑形成的根本。随着高层建筑的发展对建筑物大空间及重载的要求,使结构柱承担轴力越来越大,而结构承重柱的设计关系到建筑物在大震下是否倒塌,这就要求建筑结构在重载条件下,柱不但要有足够强度而且应有较好的延性。为更好地适应现代建筑结构向高耸、大跨、重载方向发展和工业化生产施工的需要,本文在综合考虑钢管混凝土结构、FRP组合结构等结构的优缺点后,就一种新型的组合结构形式一内置CFRP工字形型材的方钢管混凝土组合柱,研究其在轴压作用下的力学性能。这种新型组合柱是在方钢管混凝土中在置入CFRP工字形型材,通过方钢管、混凝土和CFRP工字形型材三者的协同作用,达到提高柱的承载力、延性及抗火性能的目的。本文对方钢管混凝土结构和FRP组合结构的国内外发展应用和研究现状进行了总结,采用大型通用有限元软件ABAQUS对近30个内置CFRP工字形型材的方钢管混凝土轴压短柱进行了非线性有限元分析,分析了典型构件的荷载-应变曲线,对组合柱的受力工作机理做了分析,研究了在加载的各个阶段方钢管、混凝土和CFRP工字形型材分别承担纵向荷载的比例,同时对各部件中截面的应力、应变分布进行了分析。除此之外,分析了钢管屈服强度、混凝土强度、含钢率、CFRP型材配置率等因素对组合柱力学性能的影响,并提出了这种新型组合柱的适宜的混凝土强度和合理CFRP工字形型材配置率。最后,基于统一理论推导了内置CFRP工字形型材的方钢管混凝土轴压短柱承载力计算公式,对比分析公式计算结果与模拟计算结果,为以后内置CFRP工字形型材的方钢管混凝土轴压短柱承载力计算提供参考。根据计算结果可知,在普通钢管混凝土柱中置入CFRP工字形型材可显著提高其承载力和延性。组合柱在达到极限状态之前,混凝土为承担竖向荷载的主要部分,到达极限承载力状态之后,钢管所单独承载基本保持不变,而混凝土与CFRP工字形型材单独承担的荷载呈现此消彼长的趋势,在构件发生较大变形后随着CFRP工字形型材的脆性破坏,整体构件承载面迅速减少。方钢管对混凝土的约束主要集中在角部,在CFRP型材的翼缘部分形成混凝土强度较高的部位,CFRP工字形型材延缓了混凝土宏观裂缝的开展,提高了构件的承载力和延性。随着钢管强度的提高,承载力逐渐增大,但增长幅度降低。混凝土强度越高,极限承载力提高的越明显,但构件的延性降低。含钢率越大对构件承载力的提高越明显,且延性呈提高的趋势。CFRP型材配置率的提高会显著提高构件的承载力,同时使构件荷载应变曲线的强化现象越来越明显。基于普通钢管约束普通混凝土,得出适宜的混凝土强度等级为C30和C40,CFRP型材的经济合理配置率为4%-10%左右。基于统一理论推导的内置CFRP工字形型材的方钢管混凝土短柱承载力计算公式计算结果与模拟结果吻合良好。本文的研究结果可为以后这种新型组合柱的进一步研究提供参考。