中文摘要：

与圆形相比，方形截面的钢管混凝土构件更适合承受压弯作用，而且节点构造简便，具有更优越的综合性能。但是，方形钢管对核心混凝土的约束效应比圆形低，其轴压承载力不如圆形，直接影响了方钢管混凝土的广泛应用。方钢管内填充膨胀混凝土可以增大钢管对核心混凝土的约束，是提到轴压承载力的有效方法之一。目前，国内外还没有开展有关的研究工作。本课题将在方钢管混凝土构件研究成果的基础上，通过模型试验、显微结构分析和理论模型推导，对方钢管膨胀混凝土的自应力状态、组合截面的轴力-弯矩-曲率关系等问题开展研究，并对混凝土的自由膨胀和在钢管内约束膨胀（均匀、非均匀）的微观机理和应变模式进行比较分析，建立方钢管内非均匀约束下混凝土膨胀的自应力模式，给出组合截面的膨胀混凝土最优配比，确定膨胀混凝土截面承载力提高的程度，提出合理的轴压、偏压短柱设计计算方法。本研究提供了结构设计的一种新方案，将促进钢管混凝土结构的应用和发展。

结论摘要：

为了进一步挖掘钢管混凝土构件的承载潜力，本项目用膨胀混凝土替代普通混凝土填入方形钢管内，建立前期主动约束，组成了方钢管膨胀混凝土结构。通过膨胀混凝土材料试验研究，确定了适用于填充方钢管的膨胀混凝土的合理配合比。分别进行了20根轴压试件、18根偏压试件的试验研究，探讨了方钢管膨胀混凝土短柱在轴心受压和偏心受压作用下的受力性能。结果表明，膨胀剂掺量适当的方钢管膨胀混凝土短柱，相对于普通方钢管混凝土，其轴压极限承载力提高程度可达7%~15%，偏压极限承载力提高程度可达3%~12%。另外，得到了膨胀剂掺量、宽厚比、偏心率等参数对方钢管膨胀混凝土短柱承载性能的影响规律。同时，将试验结果与国内外常见的规程计算结果进行了比较，提出了方钢管膨胀混凝土短柱承载力的计算方法。同时考虑材料和几何非线性，并引入应力场变量，根据钢材和混凝土材料在加载过程中泊松比的变化，建立了方钢管混凝土的三维非线性有限元模型。并依据力学模型上的相似性，将膨胀混凝土的微膨胀等效为混凝土的热膨胀，对方钢管膨胀混凝土进行了荷载-变形全曲线分析，与试验结果吻合较好。研究结果为方钢管膨胀混凝土结构的进一步研究和应用提供理论基础。