钢管混凝土以其诸多优点而在高层建筑和大跨度拱桥中得到广泛应用，国内外很多学者对钢管混凝土构件的极限承载力以及长期载荷作用下核心混凝土的徐变特性进行了大量的试验研究和理论探索。本文在总结过去有关研究成果的基础上，针对目前对钢管混凝土结构受力特性研究中所存在的主要问题，提出了三维非线性虚拟层合单元法，并对钢管混凝土构件的极限承载力和徐变规律分别进行了深入研究。 在对钢管混凝土构件极限承载力的分析计算中，本文提出了核心混凝土的三维非线性应力—应变全量和增量本构关系模型，采用完全的拉格朗日表述来考虑与变形历史有关的大变形问题，并对长细比、含钢率和偏心率在较大范围内变化的方、圆钢管混凝土构件的非线性屈曲承载力分别进行了试验和理论对比分析研究，结果表明二者符合较好。 在对钢管混凝土构件长期荷载效应的分析中，本文基于三维粘弹性理论，采用三参数粘弹性模型，提出了核心混凝土徐变的三维有限元分析理论，在总结过去大量关于混凝土徐变试验实测结果的基础上拟合了模型中的三个参数，并成功将其应用于钢管混凝土徐变的三维分析计算中，得到徐变与持荷时间的关系，以典型截面形式的圆钢管混凝土轴压、偏压构件为例，对轴压比、长细比、含钢率、偏心率以及核心混凝土等级分别进行了大量的参数分析和实验对比研究，结果表明二者符合较好。 最后，将本文所提出的三维非线性分析方法及其主要研究成果直接应用于198m跨劲型骨架式钢管混凝土拱桥“淳安威坪大桥”的分析计算中，对该桥在最不利恒载和活载组合下的一般特征值失稳系数和非线性屈曲系数进行了对比研究，并对一期恒载长期作用下该桥的徐变变形、附加应力以及截面应力、应变重分布规律分别进行了深入研究。 本文所得出的主要结论和有关研究成果可供钢管混凝土构件以及大跨度钢管混凝土拱桥的承载力设计和长期荷载效应分析参考。