负载下钢结构构件外包钢筋混凝土加固,就是在原承受荷载的钢结构构件的四周直接支模浇筑混凝土,加固过程不对原钢构件进行任何形式的卸载或荷载的转移。此加固方法不仅可以在不影响正常的生产生活的情况下对钢构件进行加固,同时还具有其它加固方法无法比拟的优越之处,即有效的解决了钢结构建筑面临的两个最主要的问题:防火问题和防腐蚀问题。然而目前国内外针对负载下钢结构构件外包钢筋混凝土加固的研究甚少,系统的研究更是还未曾见到。国内仅有的两本加固规范中,虽然有关于钢构件增大截面法设计的方法,但是设计方法多是针对焊接和粘钢加固而言,对于外包钢筋混凝土的设计方法,其已表现出明显不足。基于此,本文采用试验研究、理论分析以及有限元模拟相结合的方法,系统的研究负载下轴心受压钢柱外包钢筋混凝土加固的力学性能,主要内容有:通过对未加固钢柱、未负载下加固钢柱以及负载下加固钢柱的轴心受压试验,研究轴心受压钢结构构件负载下外包钢筋混凝土加固的加固性能,型钢与混凝土和钢筋的应力发展情况,以及初始负载大小、混凝土强度和型钢强度对加固构件受力性能的影响。试验结果表明:外包钢筋混凝土的加固方法可以显著提高原钢构件的承载能力和刚度;加固后构件的极限承载力随着初始负载的增大而降低;随着混凝土强度和型钢强度的提高而增大;同时比较未负载下加固的钢柱与负载下加固的钢柱的应力-应变曲线发现,负载下加固的钢柱其型钢出现了率先屈服的现象,而未负载下加固的钢柱其型钢与混凝土和钢筋几乎同时屈服。在试验研究的基础上,通过分析加固时和破坏时加固构件各部分的应力应变状态,推导出了能够综合考虑初始负载、混凝土强度等级、型钢强度等级以及箍筋约束作用的负载下轴心受压钢柱外包钢筋混凝土加固的承载力计算方法。并将承载力公式的计算结果与试验结果进行了对比分析,验证了此计算公式的准确性。通过有限元软件ABAQUS建立了负载下轴心受压钢柱外包钢筋混凝土加固的有限元模型,对试验研究中的试件进行了模拟分析,并通过有限元分析结果与试验结果的对比分析,验证了此有限元模型的正确性。在此基础上,应用此模型对影响负加固钢柱力学性能的参数进行了有限元参数分析,证实了混凝土强度、型钢强度和初始负载对加固后构件极限承载力的影响。同时结合试验数据可以发现,混凝土强度对加固后试件的极限承载力影响最大,采用C50混凝土的加固试件在各级初始负载作用下的极限承载力比采用C30混凝土的加固试件平均提高了19%左右;采用C70混凝土的加固试件在各级初始负载作用下的极限承载力比采用C50混凝土的加固试件平均提高了18%左右,比采用C30混凝土的加固试件平均提高了33%左右。