本文的主要研究对象“短深钢梁”源于塔式锅炉钢架中悬吊锅炉的焊接工字型截面大板梁,这类钢梁跨度一般超过40米,截面高度可达8~10米,跨高比仅在5左右,主要承受集中力作用,是一般工程结构中较少出现的。结合该类钢梁的体型与受力特征,本文将跨高比小于10且剪力比大于0.5的钢梁构件称为“短深钢梁”。对于钢梁来说,更高的截面可以更有效地发挥材料性能,但也产生了新的问题。由于钢梁承受弯矩和剪力的共同作用,且腹板高厚比较大,在设计中必须考虑局部稳定性对钢梁整体性能的影响。另外,短深钢梁突破了传统薄壁构件截面尺寸远小于构件长度(跨高比大于10)的特点,剪切变形对其力学性能的影响十分显著。本文针对这两个关键问题,分别从试验研究、理论分析和设计方法探讨三个角度对短深钢梁开展研究。具体工作如下:首先,对各国现行规范中的截面分类方法进行综述,指出现有规范对板件相互作用及局部-整体相关作用考虑的不足,且存在剪力比小于0.5的适用范围,无法有效应用于短深钢梁。基于构件延性概念的分类方法相对更加合理,但由于构件延性本身计算复杂,不利于实际应用。本文通过提出基于破坏模式的构件分类方法,在弥补上述不足的基础上,将分类设计的适用范围推广至短深钢梁。若继续深入研究,钢梁的设计应用,亦或是薄壁钢梁的稳定问题研究,前提都是建立相应的梁理论模型,故对梁理论研究现状进行了综述。Timoshenko梁理论虽然考虑了剪切变形的影响,但它与Euler-Bernoulli梁理论一样,仅适用于实体梁弯曲变形分析。Vlasov薄壁梁理论将开口薄壁梁弯曲与扭转问题相结合,但忽略了剪切变形对构件力学性能的影响,仅适用于跨高比大于10的薄壁梁。本文采用可以同时考虑中面剪切变形和截面局部屈曲的广义梁理论,研究各类变形模态的综合作用,分析剪切变形对构件力学性能的影响机制,针对短深钢梁建立更加合理、可靠的力学分析模型。随后,进行了短深钢梁静力加载试验。试验对象为4个工字型截面钢梁试件,试件的跨高比在3~6之间。基于试验结果,此类构件局部-整体相关屈曲效应较为显著,腹板受剪后的局部屈曲对部分构件的力学性能起主导作用。若将分类设计应用于短深钢梁,现有的遵循单一板件准则的截面分类方法适用性较差,分类设计应在构件破坏模式识别的基础上进行。基于试验研究结果,开展了适用于短深钢梁的设计方法探讨。对基本工况的分析结果表明,合理的短深钢梁设计需要综合考虑板件宽厚比组配、构件跨高比与横向加劲肋间距等设计参数的共同影响。本文利用相关试验结果和已验证的有限元建模方法,基于参数分析,分别归纳了受弯矩主导和受剪力主导的构件破坏模式特点,并分别以传统的截面分类相关方程和考虑剪跨比的参数拟合式两种形式提供了两大类破坏模式的设计参数界限。在此基础上,根据构件承载力分类标准提出了考虑局部稳定和整体稳定相互影响的Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类构件,即非塑性铰截面构件的分类方法。为进一步完善基于破坏模式的分类设计方法的完整性和普适性,总结了构件局部塑性发展对其延性的影响,并利用塑性区和屈服线构成的局部屈曲机制描述钢梁构件的破坏模式。据此提出基于塑性区法的构件延性计算方法,可应用于Ⅰ类构件,即塑性铰截面构件设计。本文提出的设计方法,能够全面预测工字型截面受弯构件的破坏模式、承载能力以及变形能力,并适用于短深钢梁。之后,为建立更加合理的力学分析模型,在传统广义梁理论(GBT)的基础上,提出了一种考虑剪切变形的广义梁理论,并探讨了其应用价值。基于代数空间理论,提出了一种新的GBT截面分析方法,解决了传统GBT理论中弯曲变形和剪切变形不能完全解耦的问题。本文着重关注了双轴对称工字型截面构件GBT截面模态空间中,各类变形模态的正交分解方式和物理意义解释。在模态空间中,弯曲变形和剪切变形可以被明确区分开来,并且能够进一步以截取GBT模态的形式还原经典(薄壁)梁理论,这对GBT理论的定位和进一步应用至关重要。之后,建立了非线性GBT有限元模型,采用FORTRAN语言编制了相应程序,并以短深钢梁静力荷载试验验证了其准确性。通过进一步的算例分析,对比了不同模态组对短深钢梁力学性能的影响程度。跨高比大于5的钢梁,截面刚体变形参与度在90%以上,构件变形以整体弯扭为主;当跨高比小于5,局部板变形和剪切变形参与度显著增加,腹板局部屈曲破坏的趋势增大。通过对不同破坏模式的解构,解释了基于破坏模式的分类设计方法的力学内涵,并揭示了短深钢梁力学性能的本质特征。在实际工程中,为满足运输及施工要求,部分短深大板梁被设计成叠合形式。针对此类叠合梁进行了两组对比试验,并开展了相应的分析、设计方法研究。在叠合梁中,叠合面兼具纵向加劲肋的作用,可提高构件局部稳定性。另外,叠合面的螺栓承担了一部分剪力的作用。通过(短深)叠合梁对比试验,证实了叠合梁承载力较普通工字型截面钢梁有所提高。另外,由于在受拉区采用了强度更大、厚度更小的钢材,混合钢种叠合梁可以在小幅提高承载能力的同时,节约用钢量,进一步优化叠合梁设计。最后,对本文内容进行了总结,并指出了若干进一步研究的方向。