目前沥青混凝土广泛应用于桥面铺装层结构，作为直接的受力结构层，其疲劳性能对桥梁的使用品质和使用寿命有着重要的影响。然而由于沥青混凝土本身的材料性质以及日益加重的交通量，沥青混凝土桥面铺装的早期疲劳损坏十分普遍，严重影响了行车安全性和舒适性，并造成巨大的经济损失。聚丙烯腈纤维由于其能大大改善沥青混凝土的疲劳性能，近年来聚丙烯腈纤维沥青混凝土得到广泛发展和应用。但是，目前关于聚丙烯腈纤维沥青混凝土的疲劳性能的研究仅仅局限于材料层次，而对于其应用的桥面铺装层整体在外荷载循环作用下的受力特性和疲劳性能研究还很少。故本文以一座65+100+65m连续变截面混凝土箱梁桥为背景工程，对此进行系统的分析与研究，研究的主要内容和成果如下：（1）详细介绍桥面铺装层疲劳性能分析常用的两种理论方法，即：基于唯像学疲劳方程的现象学法和基于断裂力学理论的力学近似法，经过对比研究，本文选取基于唯像学疲劳方程的现象学法进行桥面铺装层疲劳性能分析，并依据国内相关科研成果确定普通沥青混凝土和聚丙烯腈纤维沥青混凝土的疲劳分析所采用的疲劳寿命方程；（2）通过有限元软件Midas/Civil建立某65+100+65m连续变截面混凝土箱梁桥的梁单元模型和实体单元模型，利用梁单元模型确定全桥纵桥向最不利的疲劳车加载位置，利用实体单元模型分析全桥在最不利加载下的受力性能，分别计算纤维增强沥青混凝土桥面铺装和普通沥青混凝土桥面铺装的疲劳寿命，并对相应计算结果进行比较分析。（3）分析结果表明在沥青混凝土中添加适量的聚丙烯腈纤维，能显著地改善其作为桥面铺装层的疲劳性能，提高幅度为67%左右，疲劳使用寿命相应的延长8年时间，为今后桥面铺装材料的理论研究和工程应用提供了一定参考。（4）分析聚丙烯腈纤维沥青混凝土应用于桥面铺装时应注意的施工工艺和其所带来的经济效益，基于本论文的研究结果，综合考虑经济因素和技术因素，聚丙烯腈纤维沥青混凝土桥面铺装相对于普通沥青混凝土桥梁铺装层具有显著优势，应该推广应用。