结构柱是结构中最重要的构件之一,钢管混凝土柱具有更高的抗压、抗弯和抗剪承载力,其对实现现代建筑高(超高建筑)、大(大跨建筑)、强(抗震能力强)等特点起到了重要的助推作用。火灾下,由于核心混凝土吸热,使得外包钢管的升温较纯钢结构产生滞后效应,从而提高了构件的耐火性能。在火灾中,一旦柱子丧失了承载力,结构就会发生局部倒塌,甚至整体坍塌。因而,火灾下钢管混凝土柱的响应特征及极限承载力研究在钢管混凝土结构抗火性能的研究中具有举足轻重的地位,因此开展此项研究具有重要的现实意义。目前,关于钢管混凝土柱单个构件抗火性能的研究已近比较广泛,但试验模型的边界条件大多未能反映实际约束刚度。同时,也忽略了工程实际中核心混凝土制备过程中的高流动性和由于添加泵送剂带来的高温下高性能泵送混凝土各项性能的劣化加剧。现有的研究集中于描述钢管混凝土柱在火灾下的破坏形态、升温形式、轴向变形等等,但是对火灾下具备一定约束刚度同时填充泵送混凝土的钢管混凝土柱失效机理研究十分缺少。与此同时,国内外对钢管混凝土柱的抗火性能虽已进行了较深入研究,但大多数都集中在对它的耐火极限(时间)的研究上,而对火灾下钢管混凝土柱的极限承载力是如何演化的以及对其如何进行预计尚属欠缺。因此,本文针对上述情况进行了相关研究,具体而言,本文完成的主要工作和研究结果包括:(1)在针对本文研究设计出相关试验装置和试验方案后,对14根大坍落度核心混凝土的钢管混凝土柱在预定边界约束刚度条件下进行火灾试验研究,并将试验结果进行对比分析,发现尺寸效应对钢管混凝土柱或其他结构构件的火灾行为有着显著影响,大尺寸试件由于其较大的热容,吸收更多的热量,从而升温缓慢,并且试件外侧与核心的温度梯度也较大。同时,在偏心值和约束类型相同的情况下,约束刚度的大小对钢管混凝土试件的轴向位移大小具有显著影响。在其他因素相同的情况下,试件处于大约束刚度状态下时的端部转角值均大于在小约束刚度时的端部转角值,同时随着偏心的增大,各试验柱的端部转角也基本相应增大。试验过后,通过对试件受火区解剖图中发现,外包钢管与核心混凝土之间已不是最初的紧密贴合状态,两者之间存在着明显的间隙。(2)通过对(1)中的试验现象和结果的总结分析,借助有限元分析软件ABAQUS6.13以最大程度的模拟之前开展的试验,并力求模拟结果接近实际试验,从而在破坏特征、火灾响应特征与实际试验基本吻合的基础之上,捕捉其火灾过程中钢管混凝土柱内部的复杂变化,同时对其失效机理进行分析。研究发现,钢管混凝土柱的失效是由其在受火过程中外包钢管和核心混凝土脱粘,相互分离,各自为政,最初的组合效应消失的结果,通常表现为外包钢管在柱中处提前发生的局部屈曲以及柱体在压缩阶段的高速率变形,且长细比对火灾下钢管混凝土柱的失效机理影响较大,荷载比和约束刚度影响稍小。(3)通过对(1)和(2)的总结归纳,考虑到火灾升温过程中钢材与核心混凝土力学性能的退化以及长细比影响,将该指标纳入到日本标准的常温极限承载力公式中去,同时加入相关影响系数以规避由于核心混凝土内部温度梯度带来的其材料强度分布的不均匀性,从而得出本文的火灾下钢管混凝土柱极限承载力的变形公式。并选取两个典型算例,将火灾下钢管混凝土柱极限承载力预计公式的计算结果与有限元模拟计算结果对比,两个算例的数值模拟和公式计算结果都略有差距,但总体来说公式计算结果与数值模拟计算结果拟合较为良好。