正交异性钢桥面板具有自重轻，建筑高度低，承载力大，跨越能力强，适用范围广等优点。伴随着中国高速铁路建设的发展，这种桥面形式也被广泛地采用。然而，正交异性钢桥面板作为一种全焊接结构，疲劳问题是不可避免的。目前我国桥梁设计规范中还没有正交异性钢桥面板相关构造细节的疲劳规定。本文依托铁道部重点课题《高速铁路正交异性钢桥面板疲劳性能及构造细节优化研究》(2009G003-C)，首先对铁路桥梁正交异性钢桥面板进行了桥面体系的应力分析，然后对U肋－桥面板－横梁连接处的构造细节进行了静力及疲劳试验，重点研究了不同横梁开孔形式下桥面板、U肋以及横梁构造细节周围的应力分布情况，并与有限元模型进行了比较。所做的主要工作及结论如下：(1)通过正交异性板桥面体系模型的建立，明确了各主要组成部位的应力分布特点，即桥面板上的应力主要集中在有横梁支撑的位置，且横梁开孔的圆弧处及横梁与U肋连接处易发生应力集中；由于铁路列车活载的分布宽度和长度都较大，因此其正交异性钢桥面板结构应考虑双线和多轴加载效应；(2)进行了U肋－桥面板－横梁连接处单U肋足尺试件的静力及疲劳试验与有限元分析，结果显示在正交异性钢桥面板体系中，应力最大的位置常发生在桥面板、U肋及横梁两两连接或者三者相连接的位置；同时，在桥面板与U肋及横梁连接的部分设置一小型切孔可以有效地降低应力集中现象发生，从而降低整体桥面板的应力水平；(3)进行了U肋－桥面板－横梁连接处多U肋足尺试件的静力及疲劳试验及有限元分析，发现U肋与横梁连接的焊趾处应力，距离焊趾处越远，应力值越小，且呈线性变化规律；对于沿U肋方向的应力，表现为距离横梁越远，应力值越小。在U肋上方加载时比在肋牙处加载时更为不利；(4)通过对不同横梁开孔形式的试件进行静力试验及有限元模拟，可以判断苹果型的横梁开孔形式优于圆弧型的横梁开孔形式。