内置高强芯柱的钢管混凝土组合柱(Steel-Concrete-FRP-UHPC Column,SCFUHPC Column)是把超高性能混凝土(Ultra-High-Performance-Concrete,UHPC)灌注于纤维增强复合材料管(Fiber Reinforced Polymer,FRP)中制成的高强芯柱内置于方钢管中,然后在夹层间填充普通混凝土制成的组合柱。这种截面类型的组合柱轴压时FRP管约束的UHPC层和夹层混凝土层都处于三向受压状态,相比于普通钢管混凝土柱,圆形截面的FRP管有效地改善了方钢管混凝土的不均匀约束作用,进而提高了组合柱的承载力,改善了延性。本文从超高性能混凝土的制备入手,进而结合四种材料组成层对SCF-UHPC组合柱的轴压力学性能进行研究分析,主要工作如下:(1)在现有文献基础上,归纳和总结了UHPC制备材料的掺量范围,基于水泥基复合材料的最紧密堆积理论初步提出了UHPC配合比设计方案。通过试验,系统地研究了水胶比、砂胶比、消泡剂、钢纤维掺量、加料搅拌顺序和养护制度等变量对超高性能混凝土强度和流动性能的影响,确定了各个材料掺量适合的配比。并制得了强度和流动性能都较优的UHPC,作为后续研究的基础。(2)将制备的UHPC应用于组合柱的高强芯柱部分中,进行了22根SCFUHPC组合柱的轴压试验,系统地探究了FRP管厚度、钢管厚度、高强芯柱截面直径以及长细比等对组合柱力学性能的影响。试验表明:内置高强芯柱的钢管混凝土组合柱的破坏形态主要钢管表面环向屈曲,内部高强芯柱纤维断裂,组合柱在钢管和FRP管的共同约束下表现一定延性破坏的特征;组合柱的荷载-位移关系可分为四个主要的阶段,分别为线弹性阶段、屈服过渡阶段、强化阶段以及峰后残余承载力阶段;组合柱的荷载-应变关系表现出明显的双线型特征,包括上升段、屈服过渡段和破坏段。(3)根据组合柱试验结果,分析了组合柱的受力状态以及方钢管和FRP管的约束作用,采用等面积法将方钢管等效为圆形钢管分析,基于双剪统一强度理论推导了内置高强芯柱的钢管混凝土组合柱轴压承载力公式,并用所提的公式与试验结果进行了计算对比,两者结果吻合较好。(4)根据内置高强芯柱的钢管混凝土组合柱截面组成,采用了钢管、FRP管、夹层混凝土、核心混凝土的荷载-应变曲线并考虑四个部分的相互作用,通过叠加的方式建立了SCF-UHPC组合柱的荷载-应变全曲线理论模型。将模型计算结果与试验值对比,通过分析三个关键点,即屈服点、峰值荷载点、残余承载力下限点,发现两者吻合较好。