钢管(箱)混凝土结构的发展是当今钢与混凝土组合结构领域的研究热点之一。由于其优越的力学性能和美观效果，钢管(箱)混凝土结构已广泛应用于工业与民用建筑中。但是，对钢管(箱)混凝土的研究多数集中于受压构件，对其抗弯性能研究较少，而且研究钢箱混凝土梁的弯曲性能对桥梁工程有现实的工程意义。本论文得到四川省交通厅“大跨组合体系拱桥设计及施工关键技术研究项目”的资助，以东平大桥为研究背景，系统地开展了预应力矩形钢箱混凝土梁的专项研究。内容主要包括五个部分：在论文的第一部分，在阅读大量国内外文献的基础上，采用极限平衡理论和统一理论对钢管(箱)混凝土受弯性能进行初步分析，并讨论了预应力钢结构的优缺点。以东平大桥端横梁采用的预应力矩形钢箱混凝土梁为工程背景，提出进行预应力矩形钢箱混凝土梁的研究课题。在论文的第二部分，完成了8片预应力矩形钢箱混凝土模型试验梁的静载试验。考察的主要参数有混凝土强度(50MPa和60MPa)、预应力度(0.26和0.40)和钢材厚度(6mm和8mm)等，对构件的变形、应力状态及界面滑移等进行了跟踪测试。试验结果表明，预应力矩形钢箱混凝土梁表现出良好的受力性能和变形能力，内填混凝土阻止了钢板向箱内的局部屈曲；同时由于预应力的效应，使受压区核心混凝土的约束效应增强。构件破坏时，跨中挠度接近200mm，达到跨度的1/25，延性性能极为突出，有利于满足抗震设计的要求。对预应力度、混凝土强度和钢板厚度等三个相互影响参数的试验结果对比分析表明，预应力度为0.40，钢板厚度为8mm且混凝土强度较高的试验梁具有较高的极限强度和较好的塑性屈服能力。滑移发生在构件加载后期，大部分试验梁在接近极限荷载时出现了钢板屈曲现象，但是构件的承载能力并未急剧下降。在论文的第三部分，应用大型通用有限元软件，引入材料的本构关系，考虑钢与混凝土界面的粘结强度，建立了预应力矩形钢箱混凝土梁的三维非线性有限元分析模型，理论计算结果得到了试验结果的验证。跨中截面的荷载—挠度曲线表明，预应力矩形钢箱混凝土梁受力过程可以分为弹性阶段、屈服阶段和塑性阶段。接近破坏时，受压区钢板出现了局部屈曲。受拉区裂缝越过梁高度的一半，裂缝分布均匀，裂缝宽度较小。钢与混凝土界面出现滑移，最大滑移量出现在梁端与跨中之间区域。滑移曲线形状近似为正弦曲线，本文给出了拟合后的滑移曲线公式。设置足够的PBL剪力键后，滑移量很小，可以忽略其影响。在论文的第四部分，参考各国设计规范，提出了预应力矩形钢箱混凝土梁强度的弹塑性和塑性计算方法。弹塑性方法为工程设计提供了方便，而塑性方法可以作为科研试验的校核。对试验梁的初始刚度进行了比较分析，建议采用CECS的相关规定进行初始刚度的计算。忽略开裂的影响，笔者提出了三折线的刚度计算图式，并回归了计算公式。在论文的第五部分，考虑局部屈曲和焊接残余应力，采用纤维模型法进行了预应力矩形钢箱混凝土梁的结构行为和极限强度的分析。通过外延各种参数对模型试验梁的影响分析，得到了一些有用的结论。