随着钢管混凝土在土木工程中的广泛应用,由于腐蚀、使用荷载增加、结构使用功能改变等都对钢管混凝土结构或构件提出潜在的加固需求。应用CFRP片材(碳纤维布)加固钢管混凝土构件既能提高构件承载力又可以改善其耐腐蚀性,具有良好的工程应用前景。然而对于应用CFRP材料加固方钢管混凝土柱,目前面临的难题是方钢管无法像普通混凝土柱一样进行倒角处理,进而无法消除外包CFRP所带来的角部应力集中问题,本文采用钢管外裹砂浆面层的方法对截面进行圆弧化处理,减小钢管角部应力集中,提升CFRP的约束效果和利用效率。在现有研究成果的基础上完成的主要工作如下:(1)对16个约束混凝土试件(包括12个CFRP约束外裹砂浆层圆弧化截面钢管混凝土短柱、2个CFRP约束方钢管混凝土短柱和2个方钢管混凝土短柱)进行轴压承载性能试验,研究了混凝土强度等级、纤维包裹层数和砂浆层抹起高度对试件承载力和变形性能的影响规律。试验结果表明:增加CFRP包裹层数和外裹圆弧化砂浆面层抹起高度对提高构件承载力较为有效。根据试件的荷载-位移曲线分析了构件的破坏过程,统计分析了砂浆层高度对碳纤维布的断裂位置、有效环向断裂拉应变以及截面有效约束区面积的影响。(2)给出不同砂浆层抹起高度下纤维的有效拉应变系数和截面有效约束区面积的确定方法,基于叠加理论和现有的约束混凝土强度计算模型建立CFRP约束外裹圆弧化砂浆面层方钢管混凝土短柱承载力计算表达式,将公式预测结果和试验实测值进行比较,二者吻合良好。(3)基于已有的约束混凝土应力—应变关系表达式和试验数据,结合CFRP约束外裹圆弧化砂浆面层方钢管混凝土短柱的受力机理和试验应力—应变曲线特征,在Teng模型的基础上,采用分段表达的方式,考虑钢管混凝土和CFRP约束混凝土的双重约束,确定各阶段的特征值,建立应力—应变关系表达式,可为今后进一步工程应用提供一定的参考。