我国桥面铺装结构早期病害的发生除了与交通荷载、环境等因素有关外，桥面铺装结构设计不合理导致铺装结构力学强度不足才是最本质的原因。为了从根本上解决铺装层早期病害问题，需要针对铺装层最主要病害的力学形成机理确定合理的力学设计指标，从力学角度对铺装层进行结构设计，进而指导铺装材料的选择。因此，本文以混凝土箱梁为例，研究混凝土桥面铺装结构力学设计方法和铺装结构层间性能评价方法，以指导铺装结构设计、材料选择、施工质量控制和性能评价。首先，本文调查并总结了水泥混凝土桥面铺装最主要的病害类型，分析其力学形成机理，基于病害控制的目的提出桥面铺装体系的力学设计指标：铺装层内最大剪应力τc、铺装层内最大拉应力σc、层间最大法向拉应力σm和层间最大剪应力τm。其次，采用三维有限元方法，在最不利荷位处加载分析顶板厚度hc、梁肋高度hb、横隔板间距b等箱梁关键结构参数对铺装体系各力学设计指标的影响规律，总结并提出对铺装体系受力有显著影响的铺装材料参数和桥梁结构参数，以此作为铺装结构的设计参数。运用正交试验方法，分析铺装结构设计指标在不同设计参数组合下的力学响应，回归提出各设计指标的经验计算公式，并对此回归模型进行统计检验，验证其显著水平。然后，参考我国道路设计规范和室内试验规律，提出混凝土桥面铺装结构设计指标应力极限标准的计算方法。基于力学控制的要求，提出混凝土桥面沥青铺装结构力学设计方法，并结合实体工程的设计资料，运用此方法对其铺装结构进行设计。最后，通过分析桥面铺装结构层间性能的形成机理，提出层间性能的评价指标和评价标准。开发相关检测设备，提出桥面铺装结构层间性能检测方法及检测结果的可靠度修正方法，从而总结形成桥面铺装结构层间性能评价方法。