锥形超高强度中空夹层钢管混凝土构件是指两个同心放置的屈服强度为690MPa以上的超高强度钢管之间浇筑强度等级为C100以上的超高强度混凝土而形成的构件,是在实心截面的钢管混凝土基础上发展起来的一种新型钢管混凝土构件。本文采用试验研究、有限元数值模拟及理论分析相结合的方法,对锥形超高强度中空夹层钢管混凝土构件轴压力学性能进行了研究,并在试验与理论分析的基础上,提出了锥形超高强度中空夹层钢管混凝土构件的轴压承载力和刚度计算方法。主要研究内容如下:(1)对8个锥形超高强度中空夹层钢管混凝土试件进行了轴压试验研究。分析了混凝土强度等级、空心率、构件长度、截面含钢率等参数对构件破坏形态、承载能力的影响。结果表明:试件破坏形态为上端发生局部鼓曲破坏;而对于长度增大一倍的试件,首先为上端局部鼓曲,随后试件发生较为明显的整体弯曲变形。随着混凝土强度等级的提高,试件的荷载力增大;随着空心率增大,试件承载力降低;当外钢管尺寸一定时,增大内钢管尺寸,试件含钢率增大,承载力降低;当内钢管尺寸一定时,减小外钢管尺寸,试件含钢率增大,承载力降低。加载初期,试件刚度基本不变;随着荷载继续增加,试件刚度减小;接近极限承载力时,试件刚度的减小速率变小。进入强化阶段以后,刚度减小速率增大。在其它参数相同的情况下,随着混凝土强度等级的提高,试件的刚度增大。(2)采用有限元分析软件ABAQUS6.14对试验试件进行数值模拟分析,有限元分析结果与试验结果吻合较好。基于试验和有限元分析结果,对锥形超高强度中空夹层钢管混凝土构件在轴压荷载作用下的受力全过程进行分析,明确了构件的受力机理和破坏机制。在此基础上,利用有限元方法系统地分析了混凝土强度等级、空心率、构件长度、内(外)钢管径厚比、截面含钢率及内(外)钢管强度等对构件力学性能的影响。结果表明:随着混凝土强度等级和截面含钢率的提高,构件的承载能力和刚度增大,内钢管、外钢管与混凝土之间的相互作用力增加;随着空心率、构件长度及内(外)钢管径厚比的增大,构件的承载能力和刚度降低,内、外钢管与混凝土之间的相互作用力减小。随着内钢管强度的提高,构件的承载能力增大,刚度基本不变,内钢管与混凝土之间的相互作用力增加,外钢管与混凝土之间的相互作用力减小;随着外钢管强度的提高,构件的承载能力增大,刚度基本不变,内钢管、外钢管与混凝土之间的相互作用力均增加。随着混凝土强度等级、构件长度、内(外)钢管径厚比的增大,混凝土部分承担的荷载比例提高;随着空心率、内钢管径厚比、截面含钢率、外钢管强度的增大,外钢管承担的荷载比例提高;随着混凝土强度等级、内钢管径厚比的提高,外钢管承担的荷载比例降低。(3)基于试验和有限元分析结果,结合已有相关研究成果,提出了适用于锥形超高强度中空夹层钢管混凝土构件的轴压承载力和刚度实用计算方法,公式计算结果与试验结果吻合较好。