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在纯弯状态下，对3个变壁厚矩形混凝土填充钢管力学性能进行了试验研究，以研究组合梁的弯矩与变形关系。首先，对变壁厚混凝土填充矩形钢管的极限弯曲强度和基于目前设计标准的单一壁厚混凝土填充钢管梁的预测强度进行了比较。提出一非线性有限元模型对试验结果进行验证，用该有限元模型研究了钢管壁厚比对组合梁弯曲强度的影响。试验与分析结果都表明，变壁厚矩形混凝土填充钢管梁具有较好的延性，其弯曲强度高于单一壁厚混凝土填充矩形钢管梁的弯曲强度。