正交异性钢桥面板在现代大中跨径桥梁中获得了广泛应用,但许多在役的正交异性钢桥面板出现了不同程度的钢结构疲劳和铺装层损坏等病害,严重影响其使用性和耐久性。为系统解决传统正交异性钢桥面板的两大顽疾,湖南大学的邵旭东教授提出将具有高弹性模量、高抗拉强度的密实配筋UHPC与传统正交异性钢桥面板通过抗剪连接件连接,形成“轻型组合桥面板结构”,理论和试验均表明,轻型组合桥面板结构能有效降低钢结构的应力,且UHPC层自身弯拉强度高,抗疲劳性能良好。本文在带闭口肋的轻型组合桥面板的基础上,提出了简化的轻型组合桥面板结构-带开口肋的轻型组合桥面板,针对其静力和疲劳性能主要完成了以下工作:(1)为解决带闭口肋的轻型组合桥面板结构对U-横隔板连接处细节应力改善有限,部分细节仍存在疲劳开裂风险的问题,提出了“带开口肋的轻型组合桥面板结构”。以洞庭湖二桥为工程背景,建立钢桁梁局部有限元模型和球扁纵肋-横隔板连接细节的子模型,并基于热点应力法和缺口应力法,对横隔板开孔孔型和厚度进行了参数分析。理论计算表明:球扁纵肋-横隔板连接处3个典型疲劳细节的疲劳性能受横隔板厚度影响显著;综合比较几种常见的孔型,苹果型开孔的疲劳性能最优。为进一步验证轻型组合桥面板的疲劳性能,开展了足尺模型疲劳试验,横隔板采用16mm厚带苹果型开孔的设计方案。疲劳试验中,控制细节(横隔板切口自由边缘)的应力幅为90.6MPa,历经250万次循环加载后,试验模型中典型疲劳细节均未出现疲劳裂纹。最后又基于S~N曲线对UHPC疲劳性能进行了评价。结果表明,带球扁钢纵肋的轻型组合桥面板的钢结构和UHPC层的疲劳性能良好,能满足洞庭湖二桥的工程要求。(2)基于面积、惯性矩和形心位置等效的原则,试设计两种纵肋形式的轻型组合桥面板结构,对比了两类结构的静力性能、疲劳性能和经济性。结果表明:与传统正交异性钢桥面板相比,轻型组合桥面板的静力和疲劳性能均有一定程度的改善,且全寿命经济效益显著;带开口肋的轻型组合桥面板基本消除了传统开口肋正交异性钢桥面板的纵肋过柔,荷载横向分配能力较差等缺点,应用前景广阔。(3)为探究轻型组合桥面板UHPC薄层中小尺寸栓钉连接件的静力和疲劳性能,对总计6个试件进行了静力加载和疲劳试验。基于显式动态分析方法,采用ABAQUS软件进行了静力推出试验的数值分析,随后又设计9个正交试验开展了栓钉参数分析及特征值影响因素显著性分析。最后,基于洞庭湖二桥工程,对轻型组合桥面板中小栓钉连接件的疲劳强度进行验算。结果表明:(1)静力试验结果表明:UHPC薄层中的小栓钉(d=13mm,h=35mm)仍具有较好的抗剪承载力,试件的破坏模式均为栓钉剪断,UHPC薄层中小栓钉的承载力设计值可偏安全地按照Eurocode-4规范的计算式Pd=0.8As fu/γv得到。其中,γv为安全系数,推荐值为1.25;UHPC薄层中栓钉的保护层厚度仅15mm时,试件破坏时UHPC板未出现劈裂和表面开裂现象;(2)UHPC薄层中的小栓钉承载力Pu主要受栓钉的直径d和屈服强度fy影响,滑移特征值δu主要受栓钉的高度h影响,抗剪刚度ksc主要受栓钉的直径d影响;(3)疲劳试验表明:试件疲劳破坏时UHPC板保持完好而未开裂,试件的疲劳破坏源于栓钉根部栓杆的疲劳断裂;试件破坏前的很长一段时间内滑移量增加缓慢且增量较小,在试件疲劳破坏阶段,滑移值增速较快且增量明显;栓钉疲劳寿命估算值与实测值吻合较好,基于断裂力学方法可以较好地预测UHPC薄层中小栓钉的疲劳寿命;(4)小栓钉连接件的疲劳强度和承载力均满足洞庭湖二桥轻型组合桥面板的设计要求。(4)在分析局部轮载荷位对轻型组合桥面板层间剪应力影响的基础上,分别提出横、纵向层间剪应力的简化计算模型—“简支叠层梁模型”和“悬臂叠层梁模型”。在简化计算模型的基础上,基于材料力学方法,推导得到轻型组合桥面板层间剪应力解析计算公式,并以洞庭湖二桥轻型组合桥面板为工程背景,将解析计算值和有限元结果对比。结果表明,解析计算结果比有限元值大55%以上,偏保守。最后,进一步提出了轻型组合桥面板中栓钉连接件的剪力简化计算模型,用以指导栓钉连接件的布置设计。