近十年来伴随着交通事业的迅猛发展，我国已建成了数十座大跨径钢箱梁桥，而这些钢桥大多数采用正交异性钢桥面板，其桥面铺装结构的设计是研究的热点和难点之一。疲劳破坏作为钢桥面铺装结构的主要病害之一，常常导致铺装结构出现早期破坏而影响其结构安全和使用功能。如何解决大跨径钢桥桥面铺装的疲劳破坏问题，对桥面铺装设计和工程实践都具有重要的意义。本文首先分析国内外大跨径钢桥面铺装的典型破坏类型，特别指出钢桥面铺装的疲劳破坏是铺装层破坏的主要形式，根据钢桥面铺装结构的技术现状和使用状况，针对现有沥青混凝土钢桥面铺装结构的技术缺陷与发展瓶颈，引入纤维增强复合材料和环氧砾石与传统沥青混合料复合构成FRP－环氧砾石－沥青混凝土钢桥面铺装新结构，通过理论、试验研究证明：新铺装结构具有结构形式的合理性、功能的优越性和工程实施的可行性。其次，进行了该钢桥面铺装结构疲劳性能研究。通过总结国内外学者对钢桥铺装疲劳性能的研究成果，结合英国规范给出的标准疲劳车，选择实际桥梁区段建立有限元模型进行力学分析与计算。根据所建立模型的影响线来确定钢桥纵向及横向的最不利荷载位置，得出铺装层的纵横向最大拉应力以及FRP层与沥青层的黏结应力；将计算得到的横向最大拉应力、沥青层层间最大剪应力等作为应力设计控制值，用于指导FRP－环氧砾石－沥青混凝土铺装结构的设计。最后，选择适合该钢桥面铺装的损伤疲劳理论，结合复合梁的结构疲劳试验，通过应力等效原则，推导出预测FRP－环氧砾石－沥青混凝土铺装结构疲劳寿命的公式，对其疲劳寿命进行预测。