超高性能混凝土（Ultra-high performance concrete,简称UHPC）作为一种新型的水泥基复合材料,具有超高强度和韧性、优异耐久性、良好的抗爆炸冲击性能等优点,应用于工程结构中,可有效减小构件截面尺寸,增强结构的抗震性能,同时还可降低自然资源的消耗,减少环境污染。但由于存在成本偏高、工艺复杂、收缩较大、延性较差等问题,使其在工程应用方面受到限制。解决问题的途径之一是,在UHPC中掺入适量粗骨料,以减少胶凝材料用量,有效降低制备成本,提高UHPC抗自收缩的能力。将UHPC灌入钢管中形成钢管超高性能混凝土,核心UHPC在钢管约束下处于三向受压状态,可有效抑制UHPC内部微裂纹的萌生,延缓裂缝的扩展,从而达到增强UHPC延性的效果。本文在国家自然科学基金重点项目“复杂作用下钢管超高性能混凝土力学性能及设计计算理论研究”（项目编号:51738011）资助下,采用试验研究、有限元模拟和理论分析相结合的方法,考虑粗骨料特征参数及钢纤维掺量的影响,对含粗骨料超高性能混凝土（CA-UHPC）基本力学性能、圆形钢管含粗骨料超高性能混凝土构件受力性能进行系统深入的研究,主要研究工作及成果如下:（1）考虑粗骨料特征参数（替代率、种类）以及钢纤维掺量等影响因素,设计制作了21组504个CA-UHPC试块,通过试验研究了CA-UHPC基本力学性能,包括立方体抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度、弹性模量、泊松比、轴心受压应力-应变全曲线,分析了粗骨料特征参数和钢纤维掺量对CA-UHPC基本力学性能的影响规律。结果表明,在钢纤维掺量为2%的配合比中掺入体积替代率为15%、30%、40%的粗骨料,CA-UHPC的28d抗压强度分别增加了31.5%、54.2%、30.0%;花岗岩CA-UHPC的抗压强度最高,玄武岩的次之,钢渣的最低;掺入一定量的钢纤维可提高CA-UHPC的抗压强度,而钢纤维掺量进一步增加则对抗压强度的提升作用不明显;达到峰值荷载以前,CA-UHPC的横向变形系数保持在0.20～0.25之间,达到峰值荷载以后横向变形系数迅速增加;CA-UHPC的轴心受压应力-应变全曲线分为弹性段、微裂纹扩展段、宏观裂纹形成段、裂纹不稳定扩展段和裂纹稳定扩展段;粗骨料替代率和种类以及钢纤维掺量对轴心受压应力-应变全曲线上升段形状无明显影响,而粗骨料替代率和钢纤维体积掺量的增加使得全曲线下降段变得平缓。基于试验结果,提出了CA-UHPC立方体抗压强度与轴心抗压强度、弹性模量、劈裂抗拉强度之间的换算关系式,建立了考虑粗骨料替代率和钢纤维掺量的CA-UHPC单轴受压应力-应变全曲线方程。（2）考虑钢管壁厚、钢材屈服强度、CA-UHPC强度、钢纤维掺量等参数,设计并制作44根圆形钢管CA-UHPC短柱试件,通过轴心受压试验,考察了短柱试件的破坏形态,获取了荷载-变形曲线、荷载-应变关系、极限承载力,基于试验结果深入研究了圆形钢管CA-UHPC短柱轴心受压性能,通过有限元模拟探讨了轴心受压短柱的工作机理。结果表明,圆形钢管CA-UHPC轴心受压短柱的破坏形态与套箍系数ξ（ξ=As fy/Ac fc k）有关,当0.5≤ξ＜0.9时呈剪切型破坏,当ξ≥1.2时呈腰鼓型破坏,当0.9≤ξ＜1.2时兼具剪切型和腰鼓型破坏特征;轴心受压短柱的荷载-变形曲线可分为三类,均包含弹性段和弹塑性段,此外,Ⅰ类曲线（0.5≤ξ＜0.9）包含下降段和平台段,Ⅱ类曲线（0.9≤ξ＜1.2）包含下降段和强化段,Ⅲ类曲线（ξ≥1.2）包含强化段;钢管壁厚、钢材屈服强度和CA-UHPC强度的增加可显著提升试件的极限承载力和延性,钢纤维掺量的增加可小幅度提升试件极限承载力和峰后延性。在弹性段和弹塑性段初期,钢管对核心CA-UHPC没有约束作用,当荷载达到极限承载力的90%左右时,钢管对核心CA-UHPC开始产生约束作用。基于试验结果,建立了圆形钢管CA-UHPC轴心受压短柱的强度承载力计算方法。（3）考虑钢管壁厚、钢材屈服强度、CA-UHPC强度、长径比等参数,设计并制作42根圆形钢管CA-UHPC中长柱试件,通过轴心受压试验,考察试件的破坏形态,获取了荷载-变形曲线、荷载-应变曲线和稳定承载力,基于试验结果深入研究了圆形钢管CA-UHPC中长柱轴心受压性能,通过有限元模拟探讨了中长柱在轴心受压下的工作机理。结果表明,长径比为4～12的中长柱发生非弹性失稳破坏,长径比大于12的长柱发生弹性失稳破坏;中长柱轴心受压荷载-轴向压缩变形曲线分为弹性段、弹塑性段和下降段,荷载-侧向挠度曲线接近正弦半波曲线,柱中截面纵向应变分布符合平截面假定;随着钢管壁厚、钢材屈服强度、CA-UHPC强度的增加,中长柱的稳定承载力随之增加,试件的极限承载力、初始刚度、延性均随长径比的增加而降低。钢管对核心CA-UHPC的约束作用随着长径比的增加而减小,受压区边缘对核心CA-UHPC的约束作用强于受拉区。参考我国规程CECS 28-2012建立了圆形钢管CA-UHPC中长柱稳定承载力计算方法。（4）考虑钢管壁厚、CA-UHPC强度等参数,设计并制作7根圆形钢管CA-UHPC纯弯试件,通过纯弯试验,获取了弯矩-曲率曲线、弯矩-应变曲线、抗弯刚度和受弯承载力,基于试验结果深入分析了圆形钢管CA-UHPC试件的纯弯性能,通过有限元扩展分析,揭示了圆形钢管CA-UHPC试件在纯弯状态下的工作机理。结果表明,钢纤维的掺入可减少试件核心CA-UHPC受拉区裂纹的数量和宽度,减轻受压区混凝土的压碎程度;纯弯试件的弯矩-挠度曲线分为弹性段、弹塑性段和强化段,试件沿长度方向的挠曲变形接近正弦半波曲线,跨中截面钢管纵向应变沿截面高度的分布符合平截面假定;未掺钢纤维的试件,CA-UHPC强度的增加对受弯承载力提升作用不明显,钢纤维的掺入可提高受弯承载力,钢管壁厚的增加可大幅度提高纯弯试件的受弯承载力;加载过程中,跨中截面钢管受拉区边缘先屈服,受压区边缘后屈服,达到极限承载力时,钢管受拉区和受压区均达到屈服,核心CA-UHPC超过1/2截面区域均处于受拉开裂状态,受压区边缘混凝土达到极限抗压强度。基于试验研究和有限元分析结果,提出了圆形钢管CA-UHPC纯弯构件抗弯刚度计算公式,建立了圆形钢管CA-UHPC构件受弯承载力计算方法。（5）考虑钢管壁厚、钢材屈服强度、CA-UHPC强度、长径比、偏心距等参数,设计并制作49根圆形钢管CA-UHPC试件,通过偏心受压试验,考察试件的破坏形态,获取了荷载-变形曲线、荷载-应变关系、偏心受压承载力、延性,基于试验结果深入研究了圆形钢管CA-UHPC试件的偏心受压性能,通过有限元模拟探讨了试件在偏心受压下的工作机理。结果表明,圆形钢管CA-UHPC试件在偏心受压下由于中部侧向挠曲变形过大发生失稳破坏;试件荷载-变形曲线包含弹性段、弹塑性段和下降段,沿高度方向的侧向挠曲变形接近半波正弦曲线,柱中截面钢管纵向应变分布符合平截面假定;随着钢管壁厚、钢材屈服强度、CA-UHPC强度的增加,试件的极限承载力和延性随之增加,随着长径比和偏心距的增加,试件的极限承载力和延性随之降低。加载过程中,偏心受压试件受压区边缘钢管先于受拉区边缘钢管屈服,根据偏心距的不同,达到极限承载力时受拉侧边缘可能处于受压或者受拉状态。受压侧钢管提供给核心CA-UHPC的约束作用强于受拉侧,且随着偏心距的增大,约束力逐渐减小。基于钟善桐提出的钢管混凝土压弯构件N-M相关方程,建立了圆形钢管CA-UHPC压弯构件的N-M相关方程;基于经验系数法,建立了构件偏心受压极限承载力计算方法。最后,在总结全文的基础上,对该领域的进一步研究提出相关建议。