钢与混凝土形成的组合构件在工程结构中应用十分广泛,两种材料通过界面上的相互作用形成整体,实现共同受力。以往的研究表明,钢与混凝土界面微观尺度上的受力性能对构件的宏观受力反应(如变形特征、内力分布、破坏模式等)有较大影响。因此,定量地描述界面断裂过程区的受力行为,对研究钢与混凝土组成的复合材料构件的宏观受力反应具有重要的理论意义和工程价值。钢与混凝土界面的受力行为通过粘结滑移关系反映,现有研究成果存在的主要问题是界面粘结滑移关系中引入了反映钢材类型、几何尺寸、构件受力性质等因素的参数,从而缺少明确的物理意义。此外,大多数的钢与混凝土界面粘结滑移性能研究中未考虑界面法向的力与位移。采用内聚力模型(Cohesive Zone Model,CZM)描述钢与混凝土界面的受力性能是解决上述问题的一条可行途径。内聚力模型结合数值计算方法已广泛应用于复合材料界面的受力行为模拟并取得了良好的效果,但尚未见其用于描述钢与混凝土界面的粘结滑移性能。本文的工作在S?rensen模型的基础上展开,首先提出构造剪胀内聚力模型的方法,然后研究基于剪胀内聚力模型模拟钢与混凝土界面的一般问题,最后在组合构件数值分析中应用剪胀内聚力模型模拟钢与混凝土界面。研究取得的主要成果如下:(1)在基于势函数的方法与非基于势函数的方法之间建立联系,提出剪胀内聚力模型的构造方法,为进一步用数学分析方法研究非基于势函数的张力-位移关系提供一条新途径。该方法给出了S?rensen模型不满足一致关联准则和切向张力-位移关系不连续的原因,并从根本上消除了S?rensen模型的这些缺点。(2)在张力-位移关系中引入损伤变量,使剪胀内聚力模型的应用范围拓展至反复加载的脆性及准脆性界面开裂问题。将界面切向张力表示为粘结力与摩擦力之和,从界面初始损伤起始点以后计入摩擦力的作用,视粘结作用的消失与摩擦作用的显现为一个连续过程,摩擦作用的强弱与界面的损伤程度及法向压力有关。(3)应用剪胀内聚力模型的构造方法,得到适用于单调加载问题与反复加载问题的张力-位移关系各三组,并给出界面刚度矩阵的计算方法。编写ABAQUS用户子程序UINTER,在通用有限元软件中实现剪胀内聚力模型的应用。(4)依据钢与混凝土界面过渡层的质量守恒条件,得出界面材料破坏引起的剪胀大小约为2~16μm。用有限元方法模拟钢板拔出试验,结合其他文献给出的试验数据,讨论模拟组合构件材料界面时剪胀内聚力模型参数的合理取值。通过模拟光圆钢筋拔出试验和钢管混凝土推出试验,检验剪胀内聚力模型在钢与混凝土界面模拟中的广泛适用性。应用剪胀内聚力模型模拟钢与混凝土界面,不仅同时考虑了界面上的切向作用与法向作用,而且避免了界面参数取值对钢材种类、几何因素及构件受力状态的依赖,成功的解决了目前钢与混凝土界面粘结滑移性能研究中存在的问题。(5)以中空型钢混凝土轴心受压短柱为研究对象,在组合构件数值分析中应用剪胀内聚力模型模拟钢与混凝土界面,详细讨论有限元模型考虑的各种因素、建模方法以及计算结果。研究表明,即使构件层面的模型加载过程是单调的,界面上的位移仍可能存在卸载过程,界面宜采用包含卸载-再加载行为的模型进行模拟。钢与混凝土界面上的相互作用改变了轴力在两种材料之间的分配比例,混凝土限制了钢管壁板的平面外变形,使钢管的局部稳定性提高。采用不同的界面模型有可能改变计算出的构件破坏特征,但计算所得构件轴心受压承载力并无明显的差别。最后,本文根据有限元计算数据给出中空型钢混凝土短柱轴心受压承载力计算方法,可作为试验研究与工程应用的参考。