具有环保、安全、高效等特点的盾构法是修建城市轨道交通、地下人行通道及地下蓄水池等大型基础设施的首选工法,复合管片因其优良的力学性能被逐渐应用在盾构隧道的建设中。然而,组成复合管片的材料较多,材料的不同使分析复合管片力学性能的方法和模型很难统一,增加了管片设计的难度和工作量。同时影响复合管片的因素之间存在依存性,在缺少大量试验数据支撑时,各参数在模型计算中较难设定,且不易被设计人员掌握。这些设计上的困难是限制复合管片被广泛使用的重要原因。另一方面,作为一种组合结构,复合管片的结构形式多样且较为复杂,这使得管片的加工工序繁琐,增加了管片制作的周期和费用。同时,由单体复合管片组成的隧道管环结构在周围地层环境和自身结构形式等条件的耦合下,模型计算不易收敛。因此将复合管片这种组合结构等效为单一均质材料的结构不仅可以简化结构模型,便于设计和研究人员使用,还能提高隧道管环结构的精度,从而降低管环结构的计算难度和计算量。因此,本文在弹塑性力学理论的基础上,结合已有的试验结果,首先采用有限元软件ABAQUS建立复合管片的精细化数值模型,分别计算复合管片在纯弯曲荷载和组合荷载作用下的力学性能。通过对结构承载能力的分析,计算复合管片承载能力对钢板厚度的敏感度。通过对应变分布的研究,考察钢板的影响作用,并提出确定主桁梁厚度和面板厚度的影响范围的简化方法。同时根据能量等效原理,构建复合管片的等效模型,借助等效结果提出宽度等效和高度等效的两种等效方法,并以此给出钢板与其等效尺寸之间的拟合关系。最后对两种等效方法的特点进行讨论,并将二者的结合结果绘制在三维坐标系内。本文的研究结果表明,钢板厚度的影响范围与钢板等效为混凝土时的等效尺寸随着它们厚度的增加具有相同的变化规律,文中两种等效方法的提出和三维结合图能够为复合管片的等效计算提供理论参考依据,从而有助于降低复合管片的设计难度。