正交异性钢桥面板具有重量轻、承载能力高、施工快、整体性强等优点，现已广泛应用于世界各国大跨径钢桥中。然而，大量的工程实践表明，正交异性钢桥面板存在两大技术难题：钢结构疲劳开裂和铺装层损坏。国内外研究人员通过几十年的探索，进行了很多有益的尝试，但仍未能从根本上解决上述难题。为此，笔者所在的研究团队提出将具有高弹性模量、高抗拉强度的配筋超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete，简称UHPC)引入正交异性钢桥面板中，形成“轻型组合桥面板结构”，以期解决上述两种病害。本文基于虎门悬索桥桥面改造工程，对“轻型组合桥面结构”的疲劳性能进行了研究，主要完成了以下工作：（1）综述了传统钢桥面的使用现状、病害及病害原因，对UHPC材料性能进行介绍，并引入轻型组合桥面结构的概念。（2）系统全面地综述了钢桥疲劳理论：钢桥抗疲劳设计方法、钢桥疲劳寿命评估S-N曲线、钢桥疲劳验算方法等。阐明了钢桥面的三大基本体系。（3）利用ANSYS有限元软件建立了虎门悬索桥钢箱梁局部梁段疲劳分析模型。利用热点应力法，分别对0mm、45mm、60mm厚度UHPC层情形，钢桥面常见焊接和非焊接易疲劳开裂细节，进行应力幅计算。并对采用45mm厚度UHPC层的轻型组合桥面板进行了疲劳寿命评估。分析结果表明：轻型组合桥面板中UHPC层对于面板与纵肋连接细节与纵肋对接细节，应力幅改善作用很大，而对其余细节，其改善程度相对较小。采用45mm厚UHPC层时，中车道累计通过8,035,868辆330kN标准疲劳车后，横隔板与U肋相交处将出现隔板疲劳开裂现象。（4）基于虎门大桥桥面板条带足尺模型，设计并开展静载破坏试验与疲劳试验。静载试验表明：UHPC材料在开裂后具有应变强化现象，并且表现出很长一段延性；在受拉线弹性设计中，其弹性模量建议取值40.1GPa。疲劳试验结果表明：在UHPC层应力幅为9.8MPa~24.3MPa的疲劳荷载作用下，历经3,101,389次疲劳循环，UHPC层表面未见可视裂缝，按疲劳极限等效理论换算，此应力幅相当于0.0MPa~21.3MPa，因而UHPC的抗弯拉疲劳强度折减系数大于0.5，完全能满足虎门大桥UHPC层的抗弯拉疲劳强度要求。