桥面铺装层作为车辆荷载直接承载物,具有分散荷载、保护桥梁结构、防止结构腐蚀等功能,一旦损坏可能直接阻断交通,同时危及桥梁耐久性与安全运营。目前国内外沥青混凝土铺装层的设计,主要参考公路沥青混合料的常规做法,尚未充分考虑极端温度与交通振动荷载的影响。鉴于此,本文依托辽宁省沈阳市后丁香大桥,采用现场监测、理论分析、数值模拟和室内试验相结合的研究手段,开展北方寒冷地区桥面沥青混凝土铺装层的现场温度监测,重载交通荷载下严寒地区沥青铺装层的力学响应特性,以及钢桥面沥青混凝土铺装层疲劳性能等方面的研究。主要研究内容如下:(1)在后丁香大桥钢桥面沥青混凝土铺装过程中埋设温度传感器,分别监测夏季、秋季和冬季桥面铺装层的温度。现场监测数据表明:不同层位同一位置上层温度高于下层温度,3号桥和4号桥在夏季高温时,路表温度均在47℃以上,SMA层温度均在43℃以上,GA层温度均在40℃以上。并在此基础上,提出了北方寒冷地区的钢桥面铺装层高温和低温预测公式。(2)根据汽车轮胎与钢桥的耦合效应,建立汽车荷载下整桥有限元模型,研究钢桥面铺装静力、动力以及温度效应下的力学响应特性。数值模拟结果表明:在轮胎荷载作用下,RA05层和SMA13层拉应力及剪应力,最大值均出现在双轮组荷载对称作用纵向U肋边缘位置,RA05层的拉应力及剪应力均大于SMA13层。(3)RA05混凝土、SMA13混凝土、RA组合体系在不同应变下弯曲疲劳试验表明:铺装层材料随着弯拉应变的增加,初始弯曲劲度模量减小,相位角增大,单位耗散能减小;材料的弯拉疲劳寿命与应变、累计耗散能具有良好的相关性,随着应变及累计耗散能的增加,材料的疲劳寿命减小;剪切疲劳寿命与层间剪应力呈双对数线性关系,随着剪应力的增加,层间剪切疲劳寿命减小。通过上述内容的研究,本文提出了严寒地区沥青铺装层的动力稳定性评价指标,为铺装层的结构设计、材料设计提供理论依据,以保证协同工作及铺装层的长期使用性能,从而减少北方寒冷地区沥青混凝土铺装层的早期破坏。