本文针对混凝土梁桥沥青铺装存在的开裂、推移、车辙等问题,以简支空心板梁沥青混凝土铺装为研究对象,以弹性力学作为理论基础,应用有限元法,运用ANSYS、LSDYNA等软件,建立混凝土梁桥沥青铺装结构有限元分析模型,采用实体子午线轮胎加载,进行混凝土梁桥沥青铺装结构的静力学、动力学以及温度响应分析,在此基础上探讨了空心板梁沥青桥面铺装结构设计方法。结合广东地区实体工程对空心板梁沥青桥面铺装材料组成进行了优化,并铺筑了试验段。通过本文的研究发现,混凝土梁桥沥青铺装结构受力与普通路面结构有很大不同,其中上层沥青混凝土铺装与轮胎接触区域应力最大,该区域存在从上往下开裂的趋势,适当增加上层沥青混凝土铺装的厚度以及提高层间粘结性能可有效改善结构的受力状况。车辆通过桥头接缝时产生很大冲击力,容易造成接缝附近铺装破损。在刹车时及大纵坡路段,由于轮胎产生水平力主要作用在上层沥青混凝土铺装上,因而对混凝土梁桥沥青铺装上层沥青混凝土的抗剪切能力提出了更高的要求。同时混凝土梁桥沥青铺装温度效应不可忽略,温度应力是造成铺装层边缘撕开及开裂的主要原因,温度车辆荷载耦合作用加剧了混凝土梁桥沥青铺装的破坏。通过力学模型分析,本文对桥面沥青混凝土铺装结构设计方法进行了探讨,提出以沥青混凝土铺装层表面最大拉应力作为结构设计的主要指标,以沥青混凝土最大剪应力作为辅助指标,明确了沥青混凝土桥面铺装结构设计的主要流程。采用多级嵌锁抗剪级配设计方法对集料级配进行优化,基于层位功能对铺装上、下层沥青混合料配合比进行了优化设计。通过沥青混凝土桥面铺装层中掺加玻璃纤维前后力学性能对比测试,可知,玻璃纤维对铺装上、下层的力学性能改善作用均较好,能有效提高沥青混合料的抗拉、抗剪及疲劳性能,使玻璃纤维沥青混凝土铺装更能适应桥面铺装的受力特点,因此推荐铺装层均采用玻璃纤维加筋沥青混凝土；同时还详细分析研究了四种不同防水粘结层材料的力学及路用性能,推荐工程使用。