钢管混凝土柱具有力学性能好、施工方便、耐火性能好、经济效应好等优点,在建筑工程中得到广泛应用。因钢管为封闭截面,钢管混凝土柱与钢梁之间的采用普通高强螺栓连接困难,因此可用穿芯螺栓把焊于梁端的端板与钢管混凝土柱连接,形成钢管混凝土柱-钢梁穿芯螺栓连接。目前针对钢管混凝土柱钢梁之间采用穿芯螺栓连接已进行相关试验研究,结果表明该连接连接节点性能优良。为在实际工程中推广应用,尚需进行深入系统的理论设计方法研究。本文采用理论分析和数值模拟的方法进行了节点初始转动刚度、极限承载力、弯矩-转角关系、节点设计方法的研究。具体研究工作和相应成果如下:(1)应用组件法建立了节点的初始刚度计算模型。考虑了端板外伸、平齐、有无加劲肋以及T形件连接的构造形式;在计算螺栓受拉刚度时,考虑了螺栓预拉力和螺栓周围板件对节点刚度的影响;考虑了柱翼缘对节点域刚度的贡献,计算结果表明端板与螺栓是影响节点刚度的关键组件。通过与试验和有限元结果对比验证该计算模型的合理性。(2)利用微分方程知识,提出一种适用于钢管混凝土柱-钢梁穿芯螺栓连接节点的弯矩-转角关系简化数学模型,该模型满足的边界条件能解释节点的受力特性,模型中的参数少且易于确定。通过已有试验试件的弯矩-转角曲线与理论模型计算结果进行对比,验证该弯矩-转角关系数学模型的合理性。理论模型的承载力和初始刚度两个参数和试验结果吻合良好,可为钢管混凝土结构半刚性组合框架的设计提供理论依据。(3)采用ABAQUS有限元软件对钢管混凝土柱-钢梁穿芯螺栓连接节点进行静力加载数值模拟,明晰节点加载过程中的应力状态及其工作机理。同时进行节点各部件的参数分析,详细讨论了各参数对节点弯矩-转角关系曲线及破坏模式的影响,并给出实际工程设计建议。(4)为便于该类节点在实际工程设计中应用推广,在数值模拟及理论分析的基础上,结合国内外相关规范及研究成果,提出了钢管混凝土柱-钢梁穿芯螺栓刚性连接节点的设计方法。其主要内容包括:构造要求、承载力要求、刚性连接设计、抗震设计等方面的内容。