钢桁-混凝土组合结构桥梁应用广泛，但火灾高温可致钢桁结构在短时间内迅速垮塌。为研究钢桁-混凝土组合结构桥梁的耐火性能，选取典型的公路交通简支下承式钢桁-混凝土组合结构桥梁为研究对象，建立了火灾下钢桁-混凝土组合结构桥梁的三维实体结构高度非线性分析模型，并对其进行了试验验证。研究了钢桁-混凝土组合结构桥梁在桥面（上部）和桥下（下部）遭遇碳氢（高强）火灾场景下的温度空间分布特征，计算得到了钢桁-混凝土组合结构桥梁在上部受火时的不同受火位置、下部受火时的不同受火长度和不同受火时间影响下的结构挠度与承载性能的变化规律，提出了针对简支下承式钢桁-混凝土组合结构桥梁的耐火性能提升方法。研究结果表明：受火长度和受火位置显著影响简支下承式钢桁-混凝土组合结构桥梁的耐火性能，火灾高温会导致其结构刚度和结构承载性能显著衰退，其中，结构刚度相比结构承载性能退化更为严重；桥下受火时，受火长度小于L/20，钢桁-混凝土组合结构桥梁的耐火时间可超过60 min，受火长度大于L/4，其耐火时间则低于27 min；增大受火长度会使钢桁-混凝土组合结构桥梁产生显著的挠曲变形；桥下受火至45 min时，结构承载性能降低至原始结构的72%，结构刚度降低至原始结构的32%；桥面受火时，全车道和边车道受火均会使钢桁-混凝土组合结构桥梁先上挠后下挠，边车道受火会使钢桁-混凝土组合结构桥梁会出现高温扭转变形，两种受火模式下钢桁-混凝土组合结构桥梁的耐火时间分别为25 min和31 min；桥面全车道受火至23 min时，结构承载性能降低至原始结构的25%，结构刚度降低至原始结构的10%；高强火灾下增大主桁高度可将钢桁-混凝土组合结构桥梁的耐火时间从44 min提高到55 min，用箱型斜杆替换工字型斜杆可将耐火时间从23 min延伸至25 min，此可为消防救援和防止结构垮塌而赢得时间。研究成果可为钢桁-混凝土组合结构桥梁的耐火韧性及设计方法研究提供参考和依据。