长期处于水位变化区的墩柱等工程结构,其混凝土易于剥蚀、钢筋经常锈蚀,是影响建筑物安全和耐久的病险隐患。由于纤维增强聚合物(Fiber Reinforced Polymer,简称FRP)具有较高的比强度和耐腐蚀性等,正日益广泛地用于既有结构的加固修复和新建结构中。FRP-混凝土-钢管组合柱由内层钢管、外层FRP管和二者之间填充的混凝土三部分组成,这种新型组合柱能充分发挥FRP、混凝土和钢管三种材料各自的优点,具有良好的受力和耐久性能,可用于水利、桥梁、工业与民用建筑等工程领域。为了给FRP-混凝土-钢管组合方柱的设计和施工提供依据和参考,促进其在易腐蚀环境等恶劣条件下的工程结构中的应用,本文进行了FRP-混凝土-钢管组合方柱受压性能的试验研究和理论分析。主要内容如下:(1)通过25根方柱和6根圆柱的轴心受压试验,重点研究空心率、钢管径厚比和FRP约束特征值等对FRP-混凝土-钢管组合方柱轴压性能的影响。结果表明,外层FRP管和内层钢管对FRP-混凝土-钢管组合方柱中的混凝土具有较大约束,混凝土的强度和延性均得到显著提高;FRP-混凝土-钢管组合方柱极限承载力较钢管与混凝土承载力的叠加值提高9%~41%。外层FRP约束特征值对FRP-混凝土-钢管组合方柱和组合实心方柱轴压性能均有显著影响,FRP-混凝土-钢管组合方柱轴压承载力随FRP约束特征值的增大而提高;当钢管径厚比小于20时,组合方柱内混凝土轴向应力和延性比FRP约束混凝土实心方柱有较大提高,其中承载力提高7%~26.5%。将方柱等效为圆柱,并分别考虑FRP-混凝土-钢管组合方柱外层FRP管、内层钢管和夹层混凝土的极限状态,建立了FRP-混凝土-钢管组合方柱轴压承载力的理论计算模型。(2)基于本文和相关文献组合方柱的轴压试验结果,分析了空心率、钢管径厚比和FRP布层数等对FRP-混凝土-钢管组合方柱轴压承载力的影响。结果表明,当空心率相同时,FRP-混凝土-钢管组合方柱轴压承载力随径厚比的增大而显著减小,随FRP布层数的增多显著提高;当钢管径厚比接近时,组合方柱轴压承载力随着钢管空心率的增大而增大。将FRP-混凝土-钢管组合方柱夹层混凝土分为强约束区和弱约束区,结合对本文和相关文献FRP-混凝土-钢管组合圆柱试验结果的统计分析,提出了FRP-混凝土-钢管组合方柱轴压承载力的简化计算模型;基于对本文和国内外相关文献FRP布约束混凝土实心方柱、空心方柱以及FRP-混凝土-钢管组合方柱试验结果的综合分析,提出了考虑FRP层数、空心率及钢管径厚比影响的FRP-混凝土-钢管组合方柱轴压承载力计算公式。(3)对比分析了FRP-混凝土-钢管组合方柱、FRP约束混凝土实心方柱及FRP约束混凝土空心方柱的轴压性能。结果表明,FRP约束特征值对FRP约束混凝土空心方柱的影响有所降低。当空心率为0.72时,4层FRP布约束混凝土空心方柱的承载力与2层FRP布约束混凝土空心方柱的承载力基本相同,最大增长幅度仅为9.4%,内部空心明显降低了外部FRP布的约束效果及柱的整体性能。(4)循环轴压荷载对FRP-混凝土-钢管组合方柱极限承载力的影响不明显,且组合方柱在循环荷载下仍然具有良好的延性。随着卸载/再加载循环次数的增多,FRP-混凝土-钢管组合方柱的塑性变形增大。循环荷载作用下,FRP-混凝土-钢管组合方柱承载力随径厚比减小逐渐增大,当径厚比由25.1减小至16.1,极限承载力增大约9.7%。(5)通过19根FRP-混凝土-钢管组合方柱的偏心受压试验,重点研究偏心距和轴向FRP布层数对其偏压性能的影响。结果表明,偏心荷载作用下,组合方柱试件承载力随偏心距的增大而显著降低。随着受拉侧轴向FRP布由1层增为2层,轴向荷载-侧向挠度曲线呈现更加刚性化的特征,极限承载力提高3.6%~13%。偏心距为15mm、30mm、45mm的FRP-混凝土-钢管组合方柱的轴向荷载-侧向挠度曲线的发展趋势相似,仅下包面积随偏心距的增大而逐渐减小。基于截面分析和条带划分方法,提出了适用于FRP-混凝土-钢管组合方柱偏压承载力计算的理论模型;将FRP-混凝土-钢管组合方柱的混凝土和钢管不规则应力图等效为矩形应力图,建立了钢管截面不同受压状态下组合方柱偏压承载力的简化计算公式。