钢拱结构具有受力较为合理、自重轻、造型优美等许多优点,是常见的结构形式之一,但随着结构跨度的增加,这类结构具有应力分布趋于不均匀,变形也急剧增加的特点,因而它的跨度受到很大的限制。为了使钢拱结构既轻巧又适应于大跨度,各国学者提出了很多通过增加拉索对钢拱结构改进的方案,但研究绝大部分集中在索-拱结构(无撑杆)上,对其它改进方案研究甚少。为此,本文分析研究了一种新型预应力钢拱结构,该结构体系是根据钢拱在全跨均布荷载作用下的内力分布及变形,分别在钢拱的中间部分内侧和两边部分外侧增加适当的撑杆和预应力索形成。本文称此结构为预应力加强型钢拱结构。通过有限元软件ANSYS,本文着重计算分析了该结构以下几方面受力性能: 1) 分析了该结构在全跨节点荷载作用下的受力性能,计算显示了该结构最大应力和最大位移随全跨节点荷载增加以及初始预应力增加的变化规律,同时与普通钢拱结构最大应力和最大位移随荷载增加的变化规律进行了对比。 2) 分析了改变该结构两侧撑杆的相对长度对改善结构受力性能所起到的优化作用,计算显示了改变该结构两侧撑杆的相对长度后,结构在不同全跨节点荷载作用下最大应力和最大位移的变化规律。 3) 对该结构在半跨节点荷载作用下的受力特性进行了分析,并据此对结构进行了改进,以提高结构抵抗半跨荷载的能力。并对改进后的加强型钢拱结构进行了分析研究。 在对预应力加强型钢拱结构的受力特性有了比较全面的了解之后,本文把这种依据钢拱结构的受力特征在其适当位置增加撑杆和预应力索以约束其弯矩和变形从而改善结构受力特性的思想应用于单层柱面网壳,形成了一种新的预应力空间结构体系,本文把它称为预应力加强型柱面网壳。通过有限元软件ANSYS,本文对该网壳结构进行了受力分析及稳定性研究,主要包括以下几方面的内容: 1) 按照网壳结构的设计要求,对所建立的预应力加强型网壳结构计算模型进行了荷载计算、内力分析、杆件设计以及各最不利杆件的强度和稳定性验算。 2) 依次对该网壳结构在不同全跨节点荷载作用、施加不同初始预应力以及荷载和预应力共同作用时的受力性能进行了分析,显示了结构应力和位移的变化规律,并与纯单层柱面网壳结构的受力特性进行了对比。 3) 对该网壳结构进行了非线性稳定性分析,并与纯单层柱面网壳结构的稳定性进行了对比。