钢管混凝土结构由于具有承载力高、延性性能好、易于施工、耐火耐腐蚀、经济效益好等优点,在大跨桥梁、工厂和高层建筑等实际工程中均有较为广泛的应用。碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,简称CFRP)因其强度高、质量轻、耐腐蚀、易于成型等优点在土木工程领域中也已经逐步得到推广应用。本文结合两种材料的优势,将应用拉挤工艺制成的工字形CFRP型材置于方钢管混凝土试件中,既利用混凝土约束CFRP型材,抑制工字形CFRP型材翼缘发生局部屈曲。又利用工字形CFRP型材优异的抗拉抗压性能改善构件延性,减小结构柱尺寸,进而减轻结构自重,增大建筑使用面积。本文利用有限元模拟分析与试验相结合的方法对内置工字形CFRP型材的方钢管混凝土轴压短柱的力学性能进行全面研究。试验分为工字形CFRP型材全截面受压试验和内置工字形CFRP型材的方钢管混凝土短柱轴压试验两个部分,首先对5个工字形CFRP拉挤型材短柱进行全截面轴压试验,对其受力情况及破坏过程进行分析,确定内置工字形CFRP拉挤型材的压缩强度、弹性模量、泊松比等力学性能指标。其次以含钢率和钢材强度为变化参数设计了5组内置工字形CFRP型材的方钢管混凝土轴压短柱,每组两个,并添加1组方钢管混凝土试件进行对比。通过对试验的观察分析,研究构件的破坏形态,承载力以及构件的工作机理。在试验的基础上,利用ABAQUS有限元软件模拟与试验相同规格的工字形CFRP拉挤型材,在选择适用的CFRP型材单元类型和失效准则的同时,合理选择其它组分的本构关系、单元类型、接触形式以及边界条件,建立有限元模型。结合试验和有限元模拟结果,深入研究了工字形CFRP拉挤型材、核心混凝土及方钢管的应力应变分布变化特点、荷载承担比例、方钢管对核心混凝土的约束力等。分析了混凝土抗压强度、含钢率、钢材屈服强度对构件极限承载力与初始轴压刚度的影响。根据试验及有限元模拟结果推导出承载力设计指标并参照规范中的计算公式考察其适用性。研究结果表明,工字形CFRP拉挤型材轴压短柱呈中部的脆性破坏形式,采用Tsai-Wu强度准则能更为准确地描述型材的失效区域;内置工字形CFRP型材的方钢管混凝土轴压短柱的受力全过程可以分为弹性阶段、弹塑性阶段、下降阶段、平缓阶段;构件中CFRP型材、核心混凝土、方钢管在轴向力作用下能够良好的协同工作,随着构件含钢率和混凝土强度的增加,其初始抗压刚度以及极限承载力均得到提高。提高构件的钢材屈服强度,构件的极限承载力得到了提高,但对其初始抗压刚度的影响并不明显;我国GB59036(2014)与欧洲EC4(1994)规程能够较为准确的预测试验试件的极限承载力;利用有限元模拟结果所推导出的承载力设计指标与试验值吻合良好。