自锚式悬索桥凭借其造型美观、结构选型灵活、无锚碇结构等优势在城市桥梁设计方案中备受重视,钢箱梁正交异形钢桥面板广泛应用于自锚式悬索桥,但钢桥面板普遍存在疲劳开裂以及铺装层破损两大病害。基于对该两类问题的解决,本文由超高韧性混凝土(STC)的材料性能引出超高性能轻型组合桥面结构概念,并对轻型组合桥面体系划分以及分析理论进行归纳阐述。以一座自锚式悬索桥—湘潭市昭华湘江大桥为依托工程,分析了自锚式悬索桥超高韧性混凝土组合钢箱梁的静力行为,主要研究内容如下:(1)建立自锚式悬索桥全桥模型以及钢箱梁节段模型,分析自锚式悬索桥在标准值组合作用下,STC铺装体系和普通沥青铺装体系下的钢箱梁总体受力情况。分析结果表明STC铺装体系主要影响的是钢箱梁上翼缘受力,且STC铺装体系使钢顶板纵向应力分布更加均匀。(2)通过有限元软件ANSYS建立正交异性钢桥面板模型,对比分析两种铺装体系下悬索桥钢箱梁的局部受力特点,结果表明STC铺装体系对正交异性钢桥面板的钢顶板、球扁钢纵肋、橫肋,在纵向应力、横桥向应力以及等效应力上都有不同程度的降低。STC铺装体系对钢顶板应力降幅最大,横向最大拉应力降幅81.3%,横向最大压应力降幅82.4%,STC铺装体系可有效提高正交异性钢桥面板的局部与整体刚度,且对于局部刚度提高更明显。(3)系统全面地综述了钢桥疲劳理论,通过有限元软件ANSYS建立正交异性钢桥面板疲劳模型,运用热点应力法,分析两种铺装体系下正交异性钢桥面板的典型疲劳细节应力幅,结果表明STC铺装体系对顶板与纵肋连接处的疲劳细节(1)、(2)应力降幅最大,轻型组合桥面所验算疲劳细节均低于所对应疲劳等级值,且小于常幅疲劳极限值。(4)对轻型组合桥面结构的STC层厚度、钢顶板厚度、橫肋厚度、纵肋厚度以及纵肋形式等参数进行疲劳性能敏感性分析,以达到轻型组合桥面的优化设计目的。结果表明选择合适厚度的STC层来改善疲劳细节应力比改变钢箱梁顶板厚度更为有效;球扁钢纵肋厚度的变化对各疲劳细节影响最小;开口球扁钢纵肋轻型组合桥面抗疲劳性能优于闭口U肋轻型组合桥面。