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为提升正交异性钢桥面板的抗疲劳性能,国内外学者提出了大纵肋正交异性钢桥面板,研究表明：相对于传统的正交异性钢桥面板,该结构在整体疲劳性能和经济性等方面具有突出优势。但该类结构顶板与纵肋焊缝和纵肋腹板局部区域疲劳强度不足问题突出,进一步完善结构设计并改善上述控制部位的疲劳性能,是推动这一新型桥面板结构发展的基础和关键。在大纵肋正交异性钢桥面板上设置混凝土结构层,发展新型大纵肋正交异性钢板—混凝土组合桥面板,是改善大纵肋正交异性钢桥面板关键疲劳易损部位抗疲劳性能的有效途径。对于该类结构的优化设计问题及其在典型桥型中的适用性问题进行了研究。主要研究工作如下：(1)概述正交异性钢桥面板发展历程,简述传统正交异性钢桥面板面临的两类难题,综述了大纵肋正交异性钢桥面板的优势和不足。在此基础上阐述了新型大纵肋正交异性钢板—混凝土组合桥面板的发展概况；(2)以典型的大纵肋正交异性钢板—混凝土组合桥面板为研究对象,建立了其参数化有限元模型,分析了增设混凝土结构层在改善正交异性钢桥面板局部应力集中、增大结构局部刚度方面的有效性。结果表明：组合结构体系能够增加其桥面刚度,显著降低正交异性钢桥面板关键疲劳易损部位的应力水平；(3)确定了影响新型大纵肋正交异性钢板—混凝土组合桥面板结构受力的主要设计参数,在此基础上基于Kriging方法对两类大纵肋组合桥面板的截面参数进行了优化设计。研究结果表明,所提出的Kriging方法适用于大纵肋组合桥面板的结构优化设计问题。(4)以所确定的新型大纵肋正交异性钢板—混凝土组合桥面板优化设计方案为研究对象,采用热点应力法对于三类桥面板的疲劳性能进行了对比研究。研究结果表明：正交异性钢桥面板与混凝土结构层组成的组合受力体系能够显著降低新型大纵肋正交异性钢板—混凝土组合桥面板中钢桥面板关键疲劳易损部位的应力幅,提高其疲劳寿命；(5)以港珠澳大桥深水区非通航孔标准联连续钢箱梁桥为工程背景,研究了新型大纵肋正交异性钢板—混凝土组合桥面板在大跨度连续梁桥中的适用性问题。结果表明：新型大纵肋正交异性钢板—混凝土组合桥面板在大跨度连续梁桥中具有良好的适用性。