钢板混凝土组合结构(SC组合结构)是钢板与混凝土通过栓钉和对穿钢筋等连接形成整体的组合结构。SC组合结构可采用模块化的施工技术,凭借高效的力学性能和经济快速的施工特点,被广泛应用于核电工程、近海工程和高层建筑剪力墙等领域。本文对SC组合结构的单元刚度进行试验研究和理论分析。通过对核电站SC组合结构基于单元设计方法的可行性研究,发现SC单元等效刚度是评估SC组合结构变形性能的关键,且受到单元荷载路径和荷载大小的影响。为了建立SC单元的刚度模型,本文设计并实施了9个SC单元平面内双向拉压试验,研究了压拉荷载比和钢板厚度对SC单元变形特性的影响。试验表明SC单元在双向拉压作用下具有优越的延性,表现出典型的正交异性的力学特点。将SC单元等效为均质弥散SC材料后,其抗压模量、抗拉模量和双向泊松比与双向应力的比值和应力的大小相关。针对SC组合结构的初步设计和分析,本文提出了SC组合结构的基于各向同性线弹性材料的等效刚度模型,对单元的主内力空间的不同区域(双轴拉、拉剪区、压剪区和双轴压)分别赋予不同的等效刚度参数,其中拉剪区和压剪区采用线性插值的方法。根据SC单元的平面内双向试验,推导了SC单元在单轴受压、单轴受拉和面内剪切这三条荷载路径下的等效弹性模量和等效泊松比的计算公式,该公式考虑了配钢率、钢板和混凝土材性的影响。针对SC组合结构内部应力重分布的力学问题,本文提出了SC组合结构的基于双轴正交各向异性材料的刚度模型,给出了混凝土抗压弹性模量、抗拉弹性模量和双向泊松比的计算公式,通过SC单元双向拉压试验标定了计算公式涉及的关键材料参数。该模型能够准确反应混凝土的受压软化效应,以及混凝土在拉应变作用下应力符号改变的力学现象。本文所建立的SC单元刚度模型均进行了有限元数值计算和SC单元双向拉压试验的对比分析,计算结果吻合较好,验证了模型的准确性和适用性。