张弦结构力学性能好,结构效能高,因而在大跨度空间结构中研究多、发展快、应用广,《建筑抗震设计规范》中已将其归类为常用结构形式。自引入国内至今,部分张弦结构已服役近20年,服役期间由于自身材料性能退化、环境侵蚀以及人为破坏或自然灾害等因素的影响,结构中关键构件拉索必然会受到损伤并进而引起拉索内力的变化,严重时甚至会出现断索等情况,严重影响结构的安全性能。本文首先分析了张弦结构从建造到服役整个过程中的预应力损失因素,并对拉索应力松弛时变效应进行试验和数值模拟研究,对服役过程中可能出现的拉索断索问题开展了系统研究,并基于上述研究成果建立了在役张弦结构拉索预应力损失时变模型和安全保障机制。研究取得了一些具有科学意义和工程实用价值的成果:总结分析了张弦结构全寿命期间拉索预应力损失的因素,明确了各因素损失的计算方法并建立了张弦结构体系全寿命预应力损失模型,其中安装阶段的预应力损失包括锚固损失、分批张拉损失和摩擦损失,属于短期预应力损失,需在施工阶段考虑;正常使用阶段的预应力损失包括应力松弛损失、蠕变损失、锈蚀损失和温度损失等,属于长期预应力损失,需在结构设计阶段提前考虑。对常用的五种建筑结构拉索:高强钢丝、钢绞线、半平行钢丝束、钢拉杆和高钒索,开展了应力松弛试验。针对半平行钢丝束和高钒索拉索,开发了适用于应力松弛试验的现场锚固方法。系统测定了各种拉索在不同初始应力水平和环境温度条件下的应力松弛性能,得到了各类拉索应力松弛的发展规律,并根据试验数据推算了各类拉索试件的长期应力松弛参考值。提出了一种简化的基于有限元的结构拉索应力松弛性能分析方法,适用于高强钢丝、半平行钢丝束和钢绞线拉索的应力松弛分析。推导了钢丝应力松弛和蠕变之间的简化关系,计算得到了钢丝应力松弛材料关键参数,并引入ANSYS有限元分析软件,提出半平行钢丝束和钢绞线的简化有限元建模方法和拉索应力松弛数值模拟方法;对不同直径的半平行钢丝束和钢绞线进行了应力松弛数值模拟,得到了拉索松弛率变化规律和应力松弛引起的内部钢丝应力退化规律,提供了能够计算大直径拉索应力松弛性能的数值方法。开展了弦支穹顶结构局部断索试验研究。研发了一种建筑结构拉索瞬间断开装置,并进行弦支穹顶模型受载状态下单根环索局部断索试验和弦支穹顶模型无载状态下单根环索单独局部断索试验。采用高速摄像机和动态应变测试系统获得了断索瞬间结构杆件的动态响应和内力波动,研究得到了结构服役状态下局部断索引起的结构内力波动和重分布情况,以及不同张拉力下和不同拉索节点约束下局部断索对结构的冲击作用影响效果和规律。同时,基于ANSYS/LS-DYNA软件,采用显式有限元动力分析的方法对弦支穹顶结构局部断索开展了数值模拟研究,提出了动力放大系数和动力因子两个指标,对弦支穹顶结构断索对杆件引起的动力冲击效应进行简化评估,并给出了动力放大系数和动力因子的建议值,可用于弦支穹顶结构设计中对断索情况的简化考虑和计算。基于拉索应力松弛和锈蚀试验的研究成果,计算得到了典型拉索的应力松弛和锈蚀预应力损失模型,并进而建立了拉索的应力松弛锈蚀综合时变模型,得到了在役张弦结构在各个服役时间段的拉索预应力损失预测值,加之考虑服役过程中可能出现的断索现象对结构的不利影响,结合张弦结构的结构特点建立了在役张弦结构拉索安全保障机制,研究成果对于张弦结构的设计和安全评估具有指导意义。