钢-混凝土组合结构结合了钢材良好的抗拉性能以及混凝土优异的抗压性能,在过去的几十年里被广泛应用于桥梁工程中。传统钢-混组合梁的施工需要较长的施工周期,以搭建大量的临时支撑和模板来满足混凝土浇筑需求。这使得其难以在人流密集区域产生较好的社会、经济以及环境效益。此外,现行可持续发展和循环经济设计理念要求能实现结构受损部件的快速更换以延长建筑使用寿命,而在结构服役期满又能对拆除后的部件进行回收再利用。作为一种新型水泥基复合材料,超高性能混凝土（UHPC）表现出优异的力学性能及耐久性,因此可作为轻型预制桥面板以提升结构的整体性能。在此基础上,本文通过试验研究、有限元分析以及理论推导相结合的方法,对采用全厚式UHPC板以及可拆卸式UHPC板的两类新型钢-预制UHPC组合结构的受力性能和相关设计计算方法进行研究,主要研究内容和成果如下:（1）配置出满足性能要求的UHPC材料,同时研究纤维掺量和类型等对材料力学性能的影响。钢纤维的掺入能有效改善材料的脆性破坏行为,且采用较高的的掺量及端勾状纤维能显著提升其抗拉性能。另外,采用不同尺寸的圆柱体试块测得的材料抗压强度差别不大,而采用不同尺寸的立方体试块则需要考虑尺寸效应的影响。狗骨头状轴拉试件测得的抗拉强度与不同尺寸的圆柱体试件所测得的劈裂抗拉强度相近,但四点弯拉强度及棱柱体轴拉强度均表现出一定的折减。所提考虑纤维类型及掺量影响的抗压本构模型以及考虑峰值前硬化行为的四阶段抗拉本构模型均能较好地反映本文所用UHPC材料的应力-应变关系。（2）根据现行规范进行设计的全厚式钢-预制高强混凝土结构推出试件表现出与传统整体浇筑式试件相似的力学性能,且其界面抗剪承载能力主要与栓钉的直径以及剪力槽混凝土强度有关。这表明了采用全厚式混凝土板的钢-混组合结构具有一定的可行性,而现有设计条文对于UHPC桥面板将过于保守。其他因素如栓钉高度和混凝土板厚度等主要对试件的延性产生影响。基于现有设计规范公式,通过数据拟合分析得到了全厚式高强混凝土板中栓钉抗剪承载能力的计算建议公式。最后,建立有限元分析模型对试件受力变化情况进行讨论,并在此基础上进行参数化分析。（3）采用高径比为1.59的栓钉剪力件可使得全厚式钢-预制UHPC组合结构推出试件同时发生栓钉断裂和栓钉拔出两种破坏模式。增大栓钉的直径、提高UHPC薄板的厚度或选用合适的剪力槽构造形式均能明显提升钢-混界面抗剪性能。采用过密的栓钉布置形式需要考虑群钉效应所带来的影响。相比于采用传统整体现浇板的试件,采用全厚式预制UHPC板的试件仅在强度上表现出轻微的折减。此外,建议全厚式UHPC薄板中栓钉纵向和横向间距分别不小于5d和2.5d（d为栓钉直径）。在上述试验基础上,本文提出了考虑了栓钉布置形式、栓钉材料性能以及UHPC板厚影响的承载能力计算公式,并给出了考虑UHPC板厚和栓钉直径影响的荷载-滑移关系预测模型。最后,建立全厚式预制UHPC桥面板中栓钉的抗剪性能数值分析模型。（4）采用75mm厚的UHPC薄板足以充分发挥可拆卸式钢-预制UHPC组合结构中高强螺栓剪力件的抗剪性能。试件的抗剪性能主要与螺栓的等级与直径呈现正相关关系。采用50mmUHPC薄板或螺栓群布置都会使得试件的初始抗剪刚度及摩擦阻力减小。而当螺栓间距低至80mm时,未见明显的强度折减。螺栓的抗滑移能力与其破坏模式和材料特性有关,并随着螺栓直径及预紧力的增加而增加。此外,采用高强螺栓作为剪力件的新型钢-预制UHPC组合结构表现出良好的可拆卸性和可重复利用性。采用大直径预留孔在降低施工难度的同时会降低结构的抗剪承载能力,但可通过在孔隙中填充灌浆料来提升其摩擦阻力和初始抗剪刚度。在上述试验研究基础上,本文提出了考虑螺栓孔隙折减效应的承载能力计算公式以及考虑填充灌浆料和螺栓孔隙影响的荷载-滑移关系预测模型。最后,通过有限元分析模型对试件的抗剪破坏过程进行研究,进一步明确可拆卸式钢-预制UHPC组合结构中高强螺栓剪力件的抗剪破坏机理。（5）两类新型钢-预制UHPC组合梁具有相似的荷载-挠度行为,且其抗剪承载能力与具有相同破坏模式的推出试件接近。随着剪力件度的提高,试件的破坏模式从水平界面剪力件抗剪破坏逐渐向抗弯破坏过渡。采用UHPC混凝土板替换普通混凝土板或者采用更高剪力件度都能有效提升组合梁的各项性能指标。可拆卸式钢-预制UHPC组合梁表现出与全厚式钢-预制UHPC组合梁相似的峰前行为,但相对更大的极限承载能力及相应竖向挠度和水平界面滑移。基于刚度塑性理论,本文提出能较为准确预测两类新型钢-预制UHPC组合结构抗弯承载力的分析计算模型。最后,分别针对两类组合梁建立有限元模型,对组合梁在荷载作用下的内力变化情况、承载能力以及荷载-挠度行为进行相关分析工作。本文研究成果具有一定科学意义,可为相应结构的设计提供理论支撑和试验依据。