钢管混凝土和钢箱混凝土是一种广泛应用于工业厂房、高层建筑和桥梁结构中的钢-混凝土组合结构,具有力学性能优异、经济效益较高等特点。预应力钢箱混凝土梁是在钢箱混凝土基础上提出的主要承受竖向荷载且以受弯为主的新型构件,除具有钢箱混凝土的优点外,还比常规梁结构具有更高的刚度、承载能力和抗震性能。双腹板工字形预应力钢箱混凝土梁是对预应力钢箱混凝土梁的截面形式优化而成的一种改进结构,其刚度及传递上部结构荷载的能力更强,目前已在桥梁工程中初步应用。但是,国内对预应力钢箱混凝土的研究还处于初步阶段,相关研究文献较少,其受力特性仍有大量待论证的问题。本文基于理论分析、过往试验结果和数值方法对预应力钢箱混凝土梁的受力特性进行了研究,在此基础上深入分析了双腹板工字形预应力钢箱混凝土梁特有的结构特性,为结构的推广应用提供理论支撑。本文首先系统阐述了钢管混凝土、钢箱混凝土和预应力钢箱混凝土在国内外的发展状况及研究现状,设计了初步的足尺模型试验方案,分析了双腹板工字形预应力钢箱混凝土梁在工程应用中的优势及现阶段存在的问题。其次,针对预应力钢箱混凝土梁非线性分析理论进行了研究,阐明了有限元方法中适用于材料高度非线性的分析方式及包括混凝土约束本构在内的结构各部件本构关系及其破坏准则,并基于数值结果和试验结果分析了预应力钢箱混凝土结构破坏全过程的结构行为,包括荷载-位移关系、特征点荷载、应变分布模式、加载方式的影响、混凝土裂缝规律、预应力筋应力规律等。结合试验结果,认为预应力钢箱混凝土结构具有承载能力高、刚度大、稳定性好、节省材料、延性及抗震性能优越等特点。然后针对双腹板工字形预应力钢箱混凝土梁特有的结构行为进行了研究。分析了双腹板结构与矩形结构力学行为的差异性特征,进一步研究了六种参数对结构行为的影响。结合参数分析结果,提出了双腹板工字形预应力钢箱混凝土梁承载能力计算方法,并结合试验结果及有限元结果验证了该计算方法的有效性。最后针对钢-混凝土接触面粘结滑移特性进行了研究,阐明了粘结滑移概念及研究理论,在型钢粘结滑移本构的基础上简化归纳出适用于预应力钢箱混凝土梁的粘结滑移本构模型,基于本构模型采用有限元方法计算出结构的粘结滑移效应。结合矩形梁的试验结果验证了计算的有效性,提出了预应力钢箱混凝土的滑移-位移函数计算方式。