方钢管受力性能优越,截面抗弯模量在主轴和弱轴方向相同,近年来在工业与民用建筑中被广泛应用。然而对于封闭截面的矩形方钢管柱,由于管壁遮挡,采用高强度螺栓连接时需要另外开设安装手孔。为解决此问题,近年来国内外发展了单面螺栓技术。单面螺栓具有单侧安装,施工便捷等优点,可避免普通高强螺栓安装存在的问题。本文结合国内外现有单面螺栓紧固件的开发思路,提出一种翻转垫片式新型单面螺栓（FTW-OSB）,采用试验研究、有限元分析等方法,对其成形过程、传力机理、单栓锚固性能和群栓锚固性能等方面进行研究。（1）完成了新型单面螺栓的开发设计。新型单面螺栓以普通10.9级高强螺栓为基材,其核心部件为4个L型垫片和4个扭转弹簧,安装时通过扭转弹簧带动异型垫片翻转和回弹实现螺栓的单面操作,简单便捷,无需额外辅助工具。（2）实测了新型单面螺栓的预紧力时变效应。通过试验测得M16、M20两种型号新型单面螺栓和10.9级高强螺栓预紧力大小,并与有限元模型对比验证;同时测量螺栓60h内预紧力的损失情况。结果表明,由于新型单面螺栓的L型垫片存在悬空区域,其预紧力约为同型号10.9级高强螺栓的60%,但新型单面螺栓预紧力损失问题可以通过超扭矩解决;施加预紧力60h后,高强螺栓与新型单面螺栓预紧力的预紧率均达到90%以上,且最初10h内预紧力松弛值占总松弛值的70%以上。（3）完成了9个新型单面螺栓的单栓锚固性能试验,并基于52组有限元参数分析对L型垫片进行优化设计。试验表明,新型单面螺栓破坏形态有两种:一是异型垫片剪切破坏,二是螺栓杆受拉破坏,随着垫片厚度的增大,螺栓破坏形态由破坏形态一向破坏形态二转变。当垫片厚度由0.1d₀增大到0.2d₀和0.3d₀（d₀为栓杆公称直径）时,M16螺栓受拉承载力提高6.1%和8.6%,初始刚度提高17.6%和20.6%;M20螺栓受拉承载力提高134.0%和136.5%,初始刚度提高87.9%和100.3%;M24螺栓受拉承载力提高80.2%和144.9%,初始刚度提高61.8%和60.7%。参数分析发现,影响单栓锚固性能的主要参数为:垫片厚度e、垫片侧壁高度h₀和垫片上接触面尺寸s₁,当e=0.2d₀、h₀=0.25h₁、s₁=0.2d₀（h₁为栓头高度）时,新型单面螺栓锚固性能与同型号高强螺栓相当。单栓锚固性能影响程度由强到弱依次为:垫片厚度e>垫片侧壁高度h₀>垫片上接触面尺寸s₁>垫片下接触面尺寸s₂>异型垫片上接触面坡度γ>垫片接触面抗滑移系数μ。（4）完成了新型单面螺栓群在方钢管中的锚固性能试验。试验包括9个新型单面螺栓连接的方钢管T型件试件,考察了螺栓数量、间距、柱翼缘厚度、端板厚度等因素的影响。结果表明,试件破坏形态根据柱翼缘、T型件端板以及螺栓间的相对强弱关系分为三种:一是T型件端板屈服;二是柱翼缘屈服;三是螺栓栓杆受拉破坏。当螺栓和柱翼缘强度相对较大而T型件端板较薄时,试件破坏形态为T型件端板屈服,产生撬力。当螺栓和T型件端板强度相对较大而管壁较薄时,试件破坏形态为柱翼缘屈服,此时群栓锚固性能受柱断面方向螺栓距g₂影响较大,g₂较小时,螺栓孔距柱腹板较远,柱翼缘发生弯曲破坏;g₂较大时,螺栓孔距柱腹板较近,柱翼缘发生剪切破坏。当T型件端板和管壁相对较厚而螺栓强度较小时,试件破坏形态为栓杆受拉破坏。新型单面螺栓与普通高强螺栓锚固性能相似,试验荷载-位移曲线吻合较好,新型单面螺栓开孔合理,栓孔对柱上翼缘承载力削弱较小。新型单面螺栓群栓连接试件抗拉承载力设计值与现有国内外规范或参考文献中给出的单面螺栓连接节点承载力计算值较为吻合。最后,对全文研究进行总结,并对新型翻转垫片式单面螺栓需要进一步研究的课题进行讨论。