钢管混凝土柱因其结构性能高、造价低、施工速度快等优点,在建筑结构中得到了广泛的应用。其中,钢管混凝土柱与钢梁连接节点大多采用传统焊接工艺连接,该安装过程复杂、耗时长以及成本高。而且,焊接梁柱节点现场施工质量难以保障,在地震灾害中容易出现严重的损伤和脆性断裂。钢管混凝土柱与钢梁螺栓连接可以解决以上问题,然而存在两个限制因素阻碍该类节点的推广应用,首先是钢管柱和型钢梁进行螺栓连接受到钢管封闭截面限制,其次是方钢管壁的过早屈服和过大面外变形常常成为节点破坏的主要因素。采用带有锚固装置的单向螺栓(简称锚固单向螺栓,下同)可以解决封闭方钢管和钢梁的连接问题,并能减少甚至避免方钢管壁的过早屈服和过大面外变形,但目前有关锚固单向螺栓以及采用锚固单向螺栓的方钢管混凝土柱节点的性能研究不够全面。从锚固单向螺栓、锚固单向螺栓连接节点和组合框架三个层面自下而上开展研究工作,通过建立三个层面的联系,采用试验研究、数值模拟和理论分析,系统地研究锚固单向螺栓在抗弯框架中的应用。本文主要开展了以下研究工作:(1)进行了29个锚固单向螺栓拉拔试件的单调加载试验,试验参数有方钢管宽厚比、锚固长度、锚固方式、边距、群锚效应、方钢管壁约束、螺栓等级和直径。分析了其破坏模式、锚固性能、非线性力-位移曲线和荷载传递机制。研究不同试验参数对锚固单向螺栓抗拉性能的影响,提出锚固单向螺栓拉断和拔出两种破坏模式下的轴向拉伸折线力学模型和设计及构造措施建议。(2)开展了8个改进型单向螺栓方钢管混凝土柱端板连接节点的低周往复加载试验,通过试验观察和结果分析,研究该类节点的破坏模式、刚度、承载力、延性和转动能力、刚度和强度退化规律、能量耗散能力以及螺栓锚固构造的可靠性。同时,分析了节点区钢管壁厚度、端板厚度、局部加强连接方式、锚固方式、钢梁截面以及加劲肋等试验参数对该类节点力学性能的影响。(3)建立ABAQUS锚固单向螺栓方钢管混凝土柱节点的有限元分析模型,并与试验结果进行校核,数值模拟有效地分析了此类节点的工作机理和受力特性,提取节点的主要组件并进行精细化分析,对不同荷载参数、几何参数和材料参数的有限元模型进行了参数研究,构建完善的分析模型。(4)基于组件法推导了锚固单向螺栓方钢管混凝土柱端板连接节点的相关组件计算公式,提出此类连接节点初始转动刚度的力学模型和计算公式。基于锚固单向螺栓方钢管混凝土柱端板连接节点的破坏模式,分别提出了针对单向螺栓、端板、方钢管混凝土柱达到极限承载力时节点弯矩的计算公式,节点抗弯承载力取三者的最小值。考虑实际工程中的应用,建立了计算简便和有较好可靠性的三折线和双折线简化设计模型。(5)采用OpenSees对三种不同类型锚固单向螺栓连接钢管混凝土柱平面组合框架模型进行了动力时程分析,分析节点转动刚度对组合框架动力性能的影响。针对不同类型组合框架,比较不同的判别方法,给出判别节点半刚性区间的合理建议。提出锚固单向螺栓钢管混凝土柱节点的设计方法、构造要求以及施工方法建议,为该类节点在工程实践中的应用提供指导和参考。