索杆张力结构是一种由拉索和压杆组成的,由预应力成形并提供刚度的新型结构形式,其包括张拉整体结构、索穹顶结构及空间索桁结构等.索杆张力结构虽已在美国、日本、韩国等地得到了成功的应用,但国内对其的认识还是不够全面.该文在前人工作的基础上对索杆张力结构的体系分析、截面和预应力对结构总重的优化、预应力对结构风振响应的优化进行了分析研究.该文提出了索杆张力结构稳定性问题的统一判定方法:对切线刚度矩阵的Schur分解,能判定结构在没有荷载情况下的几何稳定性,能判断结构在有外荷载或自平衡预应力情况下的结构稳定性,还能求出结构在所有情况下失稳时的位移模态.此方法将几何稳定性、(荷载)内力导致的稳定问题,构件刚度缺失导致的稳定问题统一起来,比对结构进行平衡矩阵奇异值分解的判定方法更为全面.该文利用频域法计算了大跨度结构的风振响应,讨论了各种参数的取值情况,并分析其对风振响应的影响,还讨论了在大跨度结构中使用同一风振系数的可行性问题,并分析由此会带来的误差.该文把风振响应的频域计算法也应用到索杆张力结构上,使其成为索杆张力结构风振响应的有效估算方法.该文详述了利用整体可行预应力处理对称结构的多自应力模态问题,利用解析法或拆分结构法处理索和杆的内力约束条件,并在此基础上分析了预应力对结构静力和动力性能的影响.该文计算了索杆张力结构的预应力和截面面积的优化,以结构的总重为目标,把预应力和截面面积同时作为优化变量,其中预应力项由自应力模态因子表示,用遗传算法和准则法两种方法进行寻优,并对其结果进行比较.该文还计算了索杆张力结构的风振响应优化,给定杆件截面面积,仅以预应力为优化变量,讨论在风振响应最小的情况下,各个自应力模态的参与情况和最佳预应力的分布状况.最后,该文对所有研究工作进行了总结,得出了有参考价值的结论,并指出进一步的研究中需要解决的问题.