配筋钢管混凝土(Reinforced Concrete Filled Steel Tube,简称R-CFST)是在钢管混凝土(Concrete Filled Steel Tubular structures,以下简称CFST)的基础上插入钢筋笼,形成的一种截面面积小、延性性能好、承载力高和抗震性能优越的组合构件,在大跨度桥梁、地震频繁地区及底部大空间的结构中广泛使用。此类组合构件的形式以圆形R-CFST、方形R-CFST、矩形R-CFST及异性R-CFST居多,本文以方形R-CFST为研究对象。目前现有方形R-CFST的研究成果,都以其构件的箍筋形式、混凝土的强度等级、钢管壁厚等为变化参数,研究了构件的整理力学性能、滞回性能、抗震性、耐火性及内部各组成部分对方形R-CFST受力性能的影响等,缺乏对纵筋及其配筋率进行深入的研究。为此,本文以纵筋配筋率为变化参数,对方形截面R-CFST短柱进行了试验和数值模拟研究:(1)试验研究:制作10根方形R-CFST试件(5种配筋率)、3个方形CFST试件及三个C(素混凝土)试件,并进行加载试验,对其测得的数据进行破坏模式、承载力、延性、刚度、组合效应以及屈强比等进行综合分析。结果表明:存在着纵筋最优配筋率,使得方形R-CFST试件的力学性能最优,根据实验结果得出最优配筋率下限为1%。(2)数值模拟研究:实验结果表明,方形R-CFST试件存在着最优配筋率的上限,为了找出这个上限值,在试验的基础上建立有限元模拟,首先用实验验证所建立的结构模型的可靠性,然后进行了8根不同纵筋配筋率的数值模拟研究。通过模拟试件的纵筋应力-应变曲线进行差值和断裂韧性综合分析,得到纵筋最优配筋率的上限为3.2%。试验和有限元相结合,给出纵筋最优配筋率的推荐范围为1%～3.2%之间。同时,为了探索钢管壁厚对构件受力性能的研究,模拟了4种钢管壁厚,每种钢管壁厚模拟了5种不同纵筋配筋率,总计模拟了20根方形R-CFST模拟试件,通过对提取的荷载-位移曲线进行定量分析,得出钢管壁厚不宜过大,也不宜过小,宽厚比在62.5左右时,方形R-CFST试件的力学性能达到最优。(3)承载力计算公式研究:根据前期的实验和数值模拟结果,对基于已有的较为准确的有限元方形R-CFST模型,以16种不同纵筋配筋率为变化参数,总共模拟16个模型,通过模拟分析,明确了现有规范的CFST承载力计算公式已经不再适用于R-CFST的承载力计算。本文结合R-CFST各部分之间的组合效应系数,给出了R-CFST试件的承载力计算公式,并结合试验的承载力数值进行验证,结果偏于保守,形式简单,便于计算。通过上述研究,最终总结如下结论:(1)建立的模型其破坏模式和荷载-位移曲线与试验相似,有较高的可靠性。(2)通过试验和有限元相结合,得到纵筋最优配筋率的范围在1%～3.2%之间,宽厚比在62.5左右时,R-CFST试件的各项力学性能最优。(3)本文提出的承载力计算公式简单、易于计算,且偏于保守,安全系数较大。