PBL连接件具有抗剪刚度大、极限承载能力高、延性好、抗疲劳性能优异、施工简便等优点,在钢-混凝土组合结构和混合结构桥梁中的应用日趋广泛。已有研究表明,与应用于钢-混凝土组合梁、板结构中的叠合型PBL连接件相比,应用于钢-混凝土结合段等结构中的约束型PBL连接件具有更高的承载力和更好的变形能力。但由于其力学性能的影响因素多,其承载机理尚不明确,不同的承载力计算方法结果差异较大。为此,本文依托国家重点研发计划项目:城市桥梁、停车设施钢结构体系及工程示范(2016YFC0701202),在分析总结了PBL连接件相关研究的的基础上,提出了量化PBL连接件约束状态的约束系数,通过13组共39个推出试验,结合精细有限元方法,系统研究了约束型PBL承载机理和滑移变形行为,分析了约束型PBL连接件在结合段等结构中的力学行为,并基于部分组合理论提出结合段界面滑移简化计算方法;最后,基于承载力模型和变形模型提出了极限承载力、极限滑移、荷载-滑移全曲线以及割线刚度的计算方法。主要的研究工作及成果如下:基于推出试验,研究了开孔形状、开孔尺寸、约束效应、混凝土强度和是否设置贯穿钢筋的影响。试验结果表明:混凝土榫沿贯穿钢筋方向所受到的约束强弱是造成叠合型连接件和约束型连接件力学性能差异的最主要原因。由于约束型连接件混凝土榫受到良好的约束,增大混凝土榫几何尺寸能够显著提高其承载力,同时又不会削弱其变形能力,即使在不设置贯穿钢筋的情况下仍然具有较高的承载力和良好的延性;开孔形状对极限承载力影响较小,但是对破坏模式和刚度影响显著,加长型PBL连接件抗剪刚度远低于同面积的加宽型PBL连接件。基于精细有限元模型分析了PBL连接件受力性能的主要影响因素以及承载机理,有限元分析表明:沿贯穿钢筋方向的约束效应对连接件承载力起主要控制作用;开孔板高厚比直接决定了混凝土榫受剪和局部承压的相对强弱关系,对混凝土榫弹、塑性阶段刚度以及极限滑移都起决定性的影响;混凝土榫抗剪强度随着开孔面积的增加而减小,受凝土榫高宽比的影响较小;沿贯穿钢筋方向的约束较强时,贯穿钢筋所受轴力远小于剪力,接近于纯剪状态;极限状态下,混凝土榫剪胀导致的钢-混凝土界面分离位移显著,界面粘结、摩擦力对连接件极限承载力贡献较小,约束型PBL连接件承载力主要由混凝土榫和贯穿钢筋提供。建立了典型结合段和钢锚板结构精细化有限元模型,研究结构中连接件所处的约束状态和力学性能,分析连接件布置规律对其力学性能的影响。研究结果表明:结合段外包钢箱对连接件约束状态起控制作用,当结合段处于弹性阶段时,PBL连接件沿加载方向受力差异较大,进入塑性阶段后界面剪力分布趋于均匀;连接件布置间距和位置对承载力影响较小;在约束系数一致的情况下,结合段模型中PBL连接件与推出试件承载力吻合良好;钢锚板式钢-混组合索塔锚固结构中,PBL连接件沿贯穿钢筋方向约束主要由钢锚板上下两侧的贯穿钢筋方向普通钢筋和混凝土提供,靠近钢锚板上下两端的连接件受到的约束更强,承载力更大;针对钢锚板结构中PBL连接件提出的约束系数计算方法没有考虑混凝土抗拉作用,结果偏于保守。基于部分组合理论得到了结合段滑移分布解析解,解析解与试验及有限元分析结果吻合良好。并基于滑移分布解析解分析了钢构件刚度、混凝土构件刚度、连接件抗剪刚度对滑移分布规律的影响。参数分析表明:界面刚度和结合段长度的增大可以减小最大滑移值,增大连接件承担的荷载比例,但同时也降低整个连接件群的有效利用率。最后提出了最大滑移,结合段连接件有效利用率以及连接件承担荷载的比例简化计算公式。基于推出试验结果,考虑了约束强度、开孔形状、开孔尺寸、开孔板厚度、混凝土强度、贯穿钢筋尺寸和强度等参数的影响,得到混凝土榫和贯穿钢筋的极限承载力和极限滑移计算公式。承载力计算公式中引入了指数以考虑影响因素与承载力之间的非线性关系,在参数变化范围较大的情况下依然具有良好的计算精度。刚度计算公式中考虑压缩变形和剪切变形的影响,能够准确反映不同形状和不同尺寸PBL连接件的刚度特征。以极限承载力和极限滑移为基准,对试验中得到的混凝土榫和贯穿钢筋荷载-滑移曲线进行无量纲处理,根据无量纲荷载-滑移曲线特征构造函数并通过回归分析得到荷载-滑移曲线表达式,能够反映约束型PBL连接件荷载-滑移曲线的主要特点。