近年来,环境保护越来越受到人们的重视,“绿水青山就是金山银山”的科学论断也得到了人民群众的广泛认可。由于钢材的可回收利用性,采用钢结构桥梁对环境保护具有至关重要的作用。而伴随着我国人口老龄化问题的加重,有效劳动力不足和劳动力成本上涨的问题不断凸显。因此,轻型化、工业化、组装化桥梁建造在未来将占据桥梁建设的主要地位。为此,本文提出了一种基于蜂窝梁外观的新型钢结构主梁——正八边形钢板腹梁。依托江苏省“六大人才高峰”第十二批高层次人才选拔资助方案,对正八边形钢板腹梁的静载弯曲性能、破坏形态、极限承载力、腹板开孔处环向应力、腹板屈曲承载力和腹板纯剪切屈曲能力等进行理论和试验研究,并归纳总结了正八边形钢板腹梁的设计要点。在此基础上,模拟设计了一座正八边形钢板腹梁简支梁桥和一座应急桥梁,说明该结构应用于桥梁工程领域的可行性。工作主要包括以下几方面:（1）参考相关规范并结合某钢桁腹式组合梁桥设计图纸,制作了1片正八边形钢板腹梁的试验梁,采用跨中对称两点加载方式进行了静载弯曲试验。观察试验梁的荷载-挠度曲线可以看出,正八边形钢板腹梁的工作状态主要分为线弹性变形阶段、弹塑性变形阶段和屈服阶段三个阶段。根据试验梁最终的破坏形态可以发现,顶板出现了明显的受压屈曲变形且腹板也出现了面外屈曲现象。（2）基于通用有限元软件ABAQUS 2017建立了正八边形钢板腹梁试验梁的非线性数值仿真分析模型。通过试验结合有限元分析的方法,研究了该结构在弯曲荷载作用下的变形特点,顶、底板的应力和应变分布特点以及最终的结构破坏形态。为避免腹板出现受压屈曲现象,应设置足够的腹板刚度。（3）借鉴蜂窝梁挠度计算中的费氏空腹桁架理论,推导正八边形钢板腹梁的挠度计算公式。针对不同荷载类型,提出相应的正八边形钢板腹梁挠度计算公式。在此基础上,提出了基于参数分析的正八边形钢板腹梁挠度计算简便方法。将有限元分析得到挠度、试验实测挠度与提出的挠度计算方法进行对比。（4）对可能影响正八边形钢板腹梁挠度的设计因素进行了参数化分析,主要包括孔型、扩张比和高跨比三个因素。通过分析各设计参数变化对结构挠度的影响,得到合理的参数取值范围或两者之间的变化规律。对正八边形钢板腹梁弯曲荷载作用下的结构受力特点进行研究,分析结构在发生顶板失稳、腹板屈曲和强度破坏三种破坏形态时,结构的承载力和结构各部件的应力计算方法。借鉴蜂窝梁极限承载力计算的假定条件,推导正八边形钢板腹梁的抗弯和抗剪极限承载力计算方法。（5）为计算腹板开孔处环向应力,结合腹板结构特点并引入费氏空腹桁架理论,将腹板划分为五个计算截面,分别讨论每个计算截面的环向应力计算方法,并通过与试验数据对比的方式进行验证。基于欧洲规范中蜂窝梁腹板屈曲承载力计算采用的斜压柱理论模型,提出了正八边形钢板腹梁腹板屈曲承载能力计算方法。为验证所提出理论模型的准确性和可靠性,采用有限元方法建立了正八边形腹板屈曲分析模型,分析扩张比、翼缘板与腹板厚度的比值等两个参数对腹板屈曲承载能力的影响。进一步地,引入翼缘板约束效应系数对提出的修正斜压柱理论模型进行改进,从而得到了适用于正八边形钢板腹梁腹板屈曲承载力计算方法。（6）采用有限元方法,对四边简支、两边简支两边固支和四边固支三种边界条件下的八边形开孔薄板纯剪切屈曲系数进行分析。基于矩形薄板屈曲特征系数计算公式,找到了合理的有限元模拟边界条件。在此基础上,采用有限元方法分析宽高比、边高比和扩张比三个因素对八边形开孔腹板屈曲系数的影响。采用数据拟合方式,对矩形薄板屈曲特征系数计算公式进行修正,从而得到八边形开孔薄板纯剪切屈曲系数计算公式。