钢管混凝土结构在近年来得到了越来越广泛的应用。钢管混凝土是在钢管中填充混凝土而形成的构件,在实际工作中,由于钢管和混凝土之间的相互作用,钢管对混凝土形成紧箍力,使得混凝土三向受力。在钢管混凝土构件中,钢管和混凝土材料的性能得到了充分的发挥,同时也使得构件的受力性能变得复杂。本文采用有限元法分别结合蒙特卡罗法与响应面法,对钢管混凝土结构的可靠度进行分析,并且介绍了钢管混凝土的应用、可靠度分析的相关理论以及结构可靠性研究的相应背景。可靠度分析分为确定性分析与不确定性分析两部分。并结合有限元法进行了钢管混凝土的优化设计。本文采用非线性有限元分析,混凝土材料采用Willam-Warnke五参数模型模拟,钢管采用双线性随动强化BKIN模型模拟,比较了核心混凝土本构关系不同对于结果的影响。1.对于钢管混凝土的研究关键在于如何估算钢管和核心混凝土之间约束产生的“效应”,传统的数值解法主要采用韩林海教授提出的考虑约束效应的核心混凝土非线性本构关系,比较发现该本构关系适用于传统的数值解法,而对有限元分析结果有一定偏差。2.通过混凝土尺寸固定改变钢管尺寸,建立不同的有限元模型,观察荷载位移曲线,对比了约束效应对构件性能的影响,分析表明随着约束效应的提高,极限承载力有更好的提高,塑性和韧性有更好的发展。3.通过观察破坏时的应力应变云图,发现了混凝土破坏时,呈中间腰鼓状,计算结果与实验结果比较,有较好的吻合,表明本文的模拟分析较为准确;钢管与混凝土均达到屈服强度,材料的性能得到了充分发挥。传统的可靠度计算方法是在构造构件显式极限功能函数的基础上,利用近似概率设计法或一次二阶矩法进行可靠度计算。而钢管混凝土三向受力的复杂性,使得其显式极限功能函数具有一定的偏差,引起计算结果的不准确性。基于此,本文采用蒙特卡罗法与响应面法,分析混凝土在轴压强度设计值作用下的可靠度。分析表明,圆钢管混凝土位移可靠性对钢管混凝土构件直径的取值最为敏感,发生侧向偏移可靠度对混凝土弹性模量的取值最为敏感,故在工程中对这些因素应严格控制;确定了输入参数与可靠度的影响关系;分析比较了圆钢管与方钢管灵敏度系数的不同。采用有限元与可靠度分析相结合可以方便进行复杂结构的可靠度分析。传统的结构设计是一个分析——校核——分析的过程,其初始设计方案至关重要,对于缺乏经验的工程师比较困难,而优化设计是结构分析——优化设计——结构分析的过程,能使材料的分布达到合理的状态,便于设计初始值的确定。结合有限元法,进行参数化设计,设计了构件在满足应力应变的条件下,其体积与费用分别最低时的优化分析。本文为钢管混凝土的可靠度分析与优化设计提供了参考。