公铁两用钢桁架梁桥是一种结构特色鲜明的经典桥型。实践表明,在公路、铁路耦合荷载以及环境因素的共同作用下,其桥面系往往容易率先损坏,影响交通安全与通畅。本文以枝城长江公铁两用大桥的桥面系维修加固为研究背景,提出了复合式轻量化桥面系的设计思路。即在开口加劲肋正交异性钢桥面板的基础上,焊接剪力钉,铺设钢筋网,然后加铺混杂纤维轻集料混凝土与SMA。为深入分析桥面系各项参数对其力学性能的影响,利用ANSYS软件,建立公铁两用大桥多层次精细化有限元模型,即公铁两用大桥整体模型—公路桥局部子模型—桥面铺装细部子模型。在各层次模型之间基于有限元子模型原理传递等效荷载和位移边界条件。计算结果表明该方法能较好的考虑公路和铁路荷载的耦合作用,更好的模拟大桥实际工作状态,为桥面系的精细化结构分析提供可能。有限元结果表明,铁路荷载对桥面系最不利力学响应的影响达到62.5%,公路荷载约为37.5%,公铁两用大桥的桥面系结构设计应考虑铁路荷载影响。通过对开口加劲肋正交异性钢桥面板的结构分析,得出了考虑公铁耦合作用的控制荷位,并对关键参数进行了优化:加劲肋间距取0.35 m,高度取0.275 m,钢顶板厚度取14 mm,分析方法可供类似工程参考。另外,研究表明:剪力钉的水平剪应力响应沿高度方向逐渐降低,其根部承受了大部分水平剪应力;剪力钉的直径和数量对降低铺装层的应力较为敏感,而间距和高度对铺装层的受力影响较小。与其他桥面系方案相比,该复合式桥面系的轻量化可以显著减小桥面系和主梁桁架的受力,降低桥梁的地震响应,增强桥梁的抗震能力。缩尺疲劳试验表明该桥面系具有优良的抗疲劳性能。成桥荷载试验表明,该桥的静载和动载的实测值均满足规范要求,桥梁整体处于安全工作状态。本方案已成功应用于枝城大桥桥面系维修加固工程,迄今已全线通车并安全营运5年,经检测无任何病害,可为公铁两用大桥的桥面系设计及维修提供有益参考。