随着交通建设的快速发展,多雨冰雪地区的高速公路越来越多,常用的桥梁工程沥青路面需要承受多雨冰雪、重载、超载等复杂环境与荷载条件,此时,水泥混凝土桥面沥青铺装结构的承载变形特性、稳定性以及疲劳耐久性成为工程建设与正常运营的关键控制性问题,有必要对其进行深入研究。为此,论文基于高速公路实体工程,通过现场测试、室内试验、理论分析与数值模拟等方法系统探讨低温、常温和高温三种典型气温条件下沥青铺装结构温度场、应力场、防水耐久性以及层间剪切性等的演化规律、各种因素的影响规律及其对实际工程的指导意义。首先,基于依托工程开展了水泥混凝土桥面沥青铺装结构温度场的现场测试,并对其进行有限元模拟分析,获得了低温、常温和高温三种典型气温条件下桥面沥青铺装结构温度场的时空演化规律,确定了典型气温条件下桥面沥青铺装层温度的变化区间;其次,通过五跨连续T梁弯坡桥整体模型的三维有限元分析,获得了车辆荷载、温度荷载及其耦合作用对桥梁结构与桥面沥青铺装层受力变形的影响规律,并利用局部桥段子结构模型获得了最不利荷位与典型温度条件下各因素对沥青铺装层的影响规律,提出了优化铺装结构设计方案;然后,根据冻融循环试验获得了沥青铺装表面层的强度指标随冻融次数的变化规律,并利用有限元分析获得了桥面结构层脱空区积水膨胀对沥青铺装结构力学性能的影响规律;再则,通过室内模拟试验获得了 FYT-2型防水粘结材料和SBS改性沥青在高低温稳定性、耐腐蚀性、抗污染性、不透水性以及抗刺破性等方面的优劣特性及其相关因素的影响规律;最后,基于系统的水泥混凝土桥面与沥青铺装结构层直剪试验,获得了水、温度、表面粗糙度与同步碎石封层等因素对层间剪切性能的影响规律,提出了考虑水与温度综合效应的层间抗剪强度经验公式,并通过层间剪切疲劳与蠕变试验获得了材料特性、环境因素、交通荷载和铺装结构等因素对剪切疲劳寿命与抗剪切蠕变能力的影响规律,进而提出了桥面铺装层间剪应力验算方法。