钢-聚氨酯正交异性夹层板(本文简称SPS夹层板)是以钢材为上下面板,选用聚氨酯作为芯层材料,通过热化学反应粘接的夹层结构体系。该种结构在国外已应用于桥面板新建、维修和加固等领域,但在国内应用较少,并且作为一种新型桥面板结构,目前国内外暂无相应设计规范。为此本文将其与斜拉桥钢箱梁相结合,采用多尺度建模方法展开分析,以研究其力学性能,主要工作如下:本文首先总结了SPS夹层板在国内外的应用和研究现状,然后对SPS夹层板力学理论基础进行了介绍,并采用Timoshenko能量法推导了四边简支的SPS夹层板受局部均布荷载作用时的弯曲应力,和受侧向压力作用时的临界屈曲应力。之后,基于韶关江湾大桥工程提取整桥中钢箱梁受力最不利节段,分别建立了普通桥面板和两种SPS夹层桥面板的钢箱梁节段模型,计算了三种模型在不同工况作用下的桥面板的应力和挠度。分析表明,SPS夹层桥面板满足受力要求,并且聚氨酯芯层有利于应力扩散;但保持钢板厚度不变情况下,增加聚氨酯芯层对减小桥面板应力作用有限,为此可以在增加芯层的同时适当减少U肋数量。此后,本文进一步建立桥面板子模型,分析了成桥受力状态下各参数变化对SPS夹层桥面板应力、挠度和稳定的影响。结果表明应力及挠度受钢面板厚度、U肋间距和横隔板间距影响较大,受芯层厚度、U肋高度和厚度影响较小。稳定分析表明,增加聚氨酯芯层有利于桥面板稳定,此外钢面板厚度、U肋数量和厚度增加也可提高桥面板稳定性能,而U肋高度增加则对稳定不利,横隔板间距对稳定影响较小。最后,本文简要阐述了优化设计的相关知识,并以成桥受力状态下的三跨SPS夹层桥面板作为优化对象,以桥面板总质量作为目标函数,在保证桥面板满足强度、刚度和稳定的条件下,分别利用随机搜索法、零阶方法和一阶方法对其参数进行了优化设计,得到了成桥受力状态下桥面板质量最小时的参数取值,为日后SPS夹层桥面板在斜拉桥中的应用提供参考。