钢管混凝土结构能适应现代工程向大跨、高耸、重载发展和承受恶劣条件的需要,已成为继砖石结构,混凝土结构,钢结构之后的第四种结构。其具有广阔的发展前景,成为结构工程科学的一个重要发展方向。钢管混凝土结构是由钢管与混凝土两种材料复合而成的组合结构,特殊的材料组合形式,一方面造就了限制并互补的增强作用,另一方面衍生出界面性能的复杂性。工程实践亦证明,在复杂的外界环境作用下钢管混凝土构件存在界面脱粘现象,这势必影响钢管混凝土的工作性能与结构安全。因此,研究复杂外界环境作用下的钢管混凝土界面性能及其优化方法具有重要的理论研究价值与工程实践意义。本文综合运用理论分析、试验研究与有限元法,分析了在热力耦合作用下钢管混凝土界面状态、性能与特征,主要内容包括：轴压荷载作用下界面结合状态的试验研究；界面结合状态的超声波定性试验研究；界面结合状态的自制应力盒定量试验研究；钢管混凝土膨胀性能及其界面结合性能优化试验研究；自应力钢管混凝土轴压试验研究、有限元分析及界面表征；钢管混凝土温度冲击试验、热力耦合试验及有限元对比分析等工作。主要的研究工作、结果与结论如下：1.开展圆钢管混凝土构件轴压性能试验研究。确定钢管混凝土的截面形式、径厚比(21～42)、长径比(3)、套箍系数等为试验参数,试验研究了不同轴压荷载水平作用下,钢管混凝土界面特征及应力状态。试验结果表明：钢管自密实微膨胀混凝土具有良好的轴压承载能力和抗变形能力,在轴压作用下,可通过测定应变变化,得出钢管混凝土短柱的受力状况,可通过进一步优化界面状态,实现两种材料的最优复合。2.进行了钢管混凝土界面结合状态的超声波定性测试方法研究。自制4组钢管混凝土试件(分别为密实基准试件、脱空试件、脱粘试件、中部空洞试件)和27个混凝土标准试块,分别测试在2d、3d、5d、7d、11d、14d、21d、28d、60d龄期下钢管混凝土试件各测点的声时、声速、振幅、频率、波形等声学参数,以及各龄期下混凝土试块波速和抗压强度。依据声波传播理论,测试分析并提出了钢管混凝土界面特征超声波综合评判法。3.完成了界面结合状态的自制应力盒定量试验研究工作。通过自制应力盒,形成界面应力测试单元。试验研究了在不同膨胀剂掺量下(5%、8%、12%、16%、20%)钢管混凝土限制膨胀性能和混凝土试件在标准养护状态下的自由膨胀性能。同时采用解析法得到了核心混凝土限制膨胀率的合理域；4.开展了自应力钢管混凝土轴压性能试验、有限元分析及界面表征。研究不同膨胀剂掺量下(5%、8%、12%、16%、20%)钢管混凝土试件的力学性能及受压全过程的界面特性。试验与分析结果表明：自应力钢管混凝土可以使核心混凝土从钢管混凝土构件初凝成型时即处于三向受压状态,有效确保界面紧密贴合,补偿核心混凝土收缩导致的脱空、改善钢管混凝土的延性、提高其极限承载力和抗变形能力。本次试验中,膨胀剂最佳掺量为12%,极限承载力比理论计算最大值提高了25%。5.进行了钢管混凝土温度冲击试验、热力耦合试验及有限元对比分析。对5个钢管混凝土试件分别在20℃、40℃、60℃、80℃恒温作用下,进行了轴向全过程加载、力热耦合作用下钢管混凝土试件截面温度场分布及钢管混凝土界面应力状态等工作。同时,应用热传导理论、热弹性力学、非线性有限元和虚拟温度场等方法,研究了轴压荷载和温度冲击作用下钢管混凝土界面状态与应力分布。本文在理论研究的基础上,以组合结构界面状态、定性定量测试技术手段、核心混凝土膨胀性能合理域、热力耦合试验方法设计为重点,开展了系列试验研究和有限元分析对比,系统研究分析了热、力等因素为主的环境作用下钢管混凝土界面状态,可为钢管混凝土界面优化以及确保恶劣环境下钢管混凝土长期工作性能提供一定的理论和试验参考。