预应力钢管混凝土桁梁是钢管混凝土弦杆与钢管腹杆直接相贯焊接而成,并采用纵向体外预应力筋加劲的一种新型钢管混凝土桁式受弯构件。预应力钢管混凝土桁梁结构轻盈、刚度大、承载力高、自振性能好、施工便利,节点疲劳强度较钢管桁架有较大提高,适用于大跨、高耸结构,以及对结构重量和施工条件限制较为严格的应用场合。目前,钢管混凝土桁式构件的研究主要集中于整体受压性能、节点强度和疲劳性能方面,较少涉及整体受弯性能及其结构设计方法方面。本文工作得到了国家自然科学基金的资助。本文借助试验研究和有限元仿真,研究了预应力钢管混凝土桁梁的工作机理、破坏模式和极限抗弯承载力,并探讨了结构设计方法,具体如下：(1)进行了预应力钢管混凝土桁梁跨中加载试验研究,试验参数包括跨高比和预应力度,跨高比分别为9.6、11.5和14.4,预应力度分别为0、0.4和0.6,桁梁腹杆形式采用修正华伦式。试验研究了预应力钢管混凝土桁梁的失效模式、荷载-变形相关曲线、中和轴变化特点、管内混凝土应变状态以及预应力效应。(2)利用通用结构软件ANSYS对预应力钢管混凝土桁梁的内力分布模式、最不利截面应力应变状态、中和轴分布模式和预应力工作状态进行了仿真模拟,并利用已有的钢管混凝土桁梁抗剪和抗弯试验结果对该建模方法进行了验证。(3)进行有限元参数,通过变化腹杆与弦杆管径比、腹杆与弦杆壁厚比、预应力度和混凝土强度等级,对预应力钢管混凝土桁梁的抗弯承载力以及界限破坏进行分析。(4)综合试验研究和有限元分析结果,在现行规范有关钢管混凝土结构计算公式的基础上,提出预应力钢管混凝土桁梁发生弦杆压溃模式的整体抗弯承载力实用算法,并利用该算法对两跨连续钢管混凝土桁梁缩尺模型和已建三跨连续钢管混凝土桁梁桥的抗弯破坏和抗剪破坏的安全度进行了对比分析。