随着时代的不断进步发展,人们对于地上空间的利用率逐渐趋于饱和,逐渐将目光转向地下空间,而如何确保地下构造物的施工可行性与使用安全性成为工程领域内的学者们研究的主要方向之一。钢混组合结构是在钢结构和混凝土结构基础上发展起来的一种新型结构,因其具有良好的力学性能,在近现代人类建筑历史上使用十分广泛。专家学者们对于钢混组合结构的研究由来已久,且取得了丰富的研究成果,应用发展也日趋成熟。因此将钢混组合结构合理应用在地下结构领域内,使地下构造物在满足承载力性能要求的同时,施工组织更为安全快速,取得更加良好的经济效益是未来的研究方向和发展目标。本文依据沉井工程实际,以该工程采用的沉井顶板钢混组合梁板为研究对象,利用现有的组合结构设计理论,对钢混组合梁板结构应用至地下工程竖井顶板领域进行优化设计。本文设计并制作了两种地下沉井顶板钢混梁板组合结构的模型试件,根据钢骨架与混凝土板之间是否设置抗剪连接件,将两个模型试件分为梁板点焊连接的无抗剪模型以及梁板整体浇筑的有抗剪模型。通过对两个试件进行三点弯单轴静力加载试验,得到组合结构的抗弯承载力,并绘制出其跨中荷载-挠度曲线和荷载-应变曲线,分析二者的受力情况和破坏特征。对梁板点焊连接的无抗剪模型以及梁板整体浇筑的有抗剪模型进行理论模型建立和理论计算,将理论计算值与梁板点焊连接的无抗剪模型、梁板整体浇筑的有抗剪模型试件的试验值进行对比分析,并将试验实测应力、挠度等数据反算组合梁的弯矩,与理论计算弯矩进行对比,验证理论模型与计算公式的可行性,为实际工程钢混组合结构承载力计算提供方法。试验结果表明:整体浇筑的有抗剪连接方案相较于点焊连接的无抗剪连接方案,能大幅增加组合梁板的截面承载能力,优化后的有抗剪组合梁与初始的点焊连接无抗剪组合梁相比弹性阶段的荷载范围扩大了105%;最大承载能力提高了66%;优化后能推迟混凝土板裂缝的开裂时间,减缓裂缝发展趋势;点焊连接的无抗剪模型施工工序简单,结构防水性能好;整体浇筑的有抗剪模型施工工序繁琐,在安装过程中时间和人力成本较高,虽在破坏之前无明显特征,不利于在竖井工程实际中预防和排除安全隐患,但承载力相比之下有大幅提升,在一定荷载范围内安全性能更高。通过各截面实测弯矩与理论弯矩对比可说明本文提出的理论计算方法正确,简易适用。