一个设计良好的钢桥面铺装层应具有足够的强度，良好的整体性及长时间的免维护状态。在我国现有的钢桥面铺装结构中，许多都出现了较为严重的裂缝病害。铺装层的裂缝是限制其服务寿命的关键因素，裂缝的出现还会诱发更多其它类型的病害产生，最终导致铺装层发生结构性破坏，造成严重的社会经济损失。因此，对钢桥面铺装层在行车荷载下的裂缝行为进行研究，了解铺装层裂缝的扩展规律是非常必要和关键的。 本研究作为国家自然科学基金“基于分布式光纤传感器的钢桥面铺装裂缝扩展模型研究”(基金编号：50658001)项目的一部分，主要是通过室内复合梁试验研究环氧沥青钢桥面铺装层的断裂性能和疲劳扩展规律。 本论文先从理论基础入手，介绍了断裂力学相关理论及BOTDA分布式光纤、FBG光栅传感技术。 在现有的研究基础上，首先对铺装层混凝土的断裂性能进行了研究。研究通过室内切口复合梁三点弯曲断裂试验，采用BOTDA光纤技术及光栅监测技术对复合梁断裂扩展过程进行监测，分析监测结果，发现复合梁中混凝土的断裂过程中存在明显的启裂点和失稳点，由此得出了环氧沥青铺装层裂缝断裂的光纤监测判据。在此基础上，对得到的光纤监测判据及监测过程中光纤粘结滑移影响进行了分析。 在研究了钢桥面铺装层断裂性能的基础上，本文对铺装层裂缝在行车荷载下的疲劳扩展规律进行了研究。研究通过室内切口复合梁三点弯曲疲劳试验，采用BOTDA光纤技术及光栅监测技术对复合梁裂缝疲劳扩展过程进行监测，分析监测结果，得出了环氧沥青铺装层裂缝的疲劳扩展规律。同时，通过疲劳裂缝行为的监测分析，给出了BOTDA光纤监测铺装层裂缝病害的指标。并对复合梁的疲劳加载试验中影响监测结果的两个因素进行了分析。 本文得到的研究成果能反映环氧沥青钢桥面铺装层在使用过程中的裂缝行为规律，为铺装层疲劳设计提供理论依据；同时对铺装层的病害进行有效的预警及提供最佳的养护时机，延长其使用寿命，大幅降低后期养护维修的费用，对大跨径桥梁桥面铺装裂缝的后期养护管理系统的建立也有着重要的意义。