中空夹层钢管混凝土作为钢管混凝土的一种新形式,不仅拥有传统钢管混凝土的优点,甚至在抗震、耐火性等方面超过了普通钢管混凝土,拥有广阔的发展前景。为了满足工程结构对高承载力和自重轻的需求,本文提出了圆中空夹层钢管超高性能混凝土的结构形式,通过增强核心混凝土的强度来提升圆中空夹层钢管混凝土的极限承载力。通过对圆中空夹层钢管超高性能混凝土进行试验研究和有限元模拟,讨论了圆中空夹层钢管超高性能混凝土轴压短柱的适用性,为工程应用提供理论依据。本文的主要研究工作及主要结论如下:(1)将中空夹层钢管混凝土中普通混凝土替换成自行研制的超高性能混凝土,以空心率和截面尺寸作为变化参数制备了8根圆中空夹层钢管超高性能混凝土试件(以下简称CCFST-UHPC)和1根实心圆钢管超高性能混凝土试件进行试验研究。对CCFST-UHPC进行加载试验,获取CCFST-UHPC在轴压力作用下的破坏模式和极限承载力,分析轴压力作用下的CCFST-UHPC受力机理。轴压试验结果表明,相同截面尺寸的CCFST-UHPC的轴压承载力普遍低于实心钢管超高性能混凝土试件;随着空心率的增大,承载力下降越多。空心率在0.5～0.7时,空心率相同的试件,随着截面尺寸的增大,CCFST-UHPC的极限承载力是明显增加;可是空心率大于0.7时,空心率相同的试件,随着截面尺寸的增大,CCFST-UHPC的极限承载力增加幅度较低。表明了空心率大于0.7时,CCFST-UHPC不能充分发挥核心超高性能混凝土强度。(2)选取适用于圆中空夹层钢管混凝土的本构关系模型。其中,核心超高性能混凝土的本构关系模型对比了吴有明提出的超高性能混凝土本构关系模型和韩林海提出的核心混凝土本构关系模型。结合试验结果和CCFST-UHPC有限元模拟结果,确定了韩林海提出的核心混凝土本构关系模型适用于本试验所用的超高性能混凝土的本构关系模型。(3)参考国内外学者对圆中空夹层钢管混凝土柱轴心受压作用下的有限元建模方法。用有限元软件ABAQUS建立相应的数值模拟,对CCFST-UHPC进行轴压作用下的受力全过程建模分析。同时考察了轴压过程中,CCFST-UHPC的内外钢管和夹层混凝土承受荷载占比情况。对于截面尺寸较小的试件,试件中UHPC未能充分发挥其高承载力的优势。对于截面尺寸较大(外径达到273mm)的试件,夹层超高性能混凝土承受的轴压占比明显有所提高。由此可知,对于实际工程中UHPC可以在中空夹层钢管混凝土构件中发挥较大的优势;中空夹层钢管超高性能混凝土构件拥有较大的应用前景。(4)在试验及有限元模拟分析的基础上,对比分析了三种圆中空夹层钢管混凝土柱极限承载力计算公式作为CCFST-UHPC柱轴压极限承载力计算公式的适用性。表明本课题组提出的圆中空夹层钢管混凝土承载力计算公式更符合本文试验中CCFST-UHPC柱极限承载力计算。