我国正处于现代化及城市化建设高速发展时期,随着社会的发展与科学技术的不断创新,建筑工程中对结构的形式要求越来越多元化。以钢材作为主要建筑材料的预应力钢结构体系由于具有良好的刚度和韧性,方便施工、用料节省、造型丰富、形式美观新颖等特点被广泛应用于现代建筑工程中。预应力撑杆钢柱是一类预应力钢结构的基本构件,因符合当下所倡导的“低碳经济”、“绿色建筑”的新建筑理念,同时其承载能力较普通受压钢柱超出数倍而受到广泛的关注和研究。本文以沿撑杆层间布设预应力拉索的新型附加索预应力撑杆钢柱为研究对象,首先介绍预应力撑杆钢柱的常见形式、工作原理、稳定性理论以及有限元分析方法。并通过已完成实验结果和有限元分析对比验证了本文所用有限元分析方法的可行性。在此基础上通过ABAQUS有限元分析研究了撑杆与中心柱不同连接方式下附加索预应力撑杆钢柱系的整体稳定性能。探讨撑杆长度、拉索直径、初始预应力水平、初始缺陷等因素不同时对附加索预应力撑杆钢柱承载能力的影响。给出了这类附加索撑杆柱的拉索优化配置方案,同时基于最小变形假设推导平面附加索预应力撑杆钢柱的理论最优初始预应力的计算方法,以期为此类结构的设计提供依据。以下为主要研究内容和结论:首先对结构的临界荷载以及屈曲模态进行分析。预应力撑杆钢柱通常有对称屈曲模态及反对称屈曲模态两种形式。本文研究的附加索预应力钢柱的一阶线性屈曲模态均为对称屈曲模态,当撑杆长度较小或索径较小时,结构的屈曲模态为模态一,随着索径及撑杆长度的增加,结构的屈曲模态逐渐由模态一变为模态三。在索径很小时,增加撑杆的长度对结构临界屈曲荷载的提升作用很明显;随着索径增大,增加撑杆长度能对结构的临界屈曲荷载的提高作用先增大后减小,提高的幅度也逐渐减小。当索径达到8.0mm时,增加撑杆长度并不能有效提高结构的临界屈曲荷载,甚至会使结构的临界屈曲荷载略有减小。另外,通过研究发现此类结构在屈曲分析中可以忽略相关屈曲的作用。分析两种连接方式下附加索预应力撑杆钢柱在拉索直径、撑杆长度变化时结构的稳定性能影响。增加撑杆长度以及拉索直径对结构的初始刚度没有影响,但会影响结构后屈曲的刚度,索径越大,影响越大。固定索径不变的情况下,增加撑杆长度能够提高结构的极限承载力,但这种增强作用在撑杆长度与中心柱比值小于0.1时更为显著。当撑杆长度与中心柱比值大于0.1时,增加撑杆长度对结构的极限承载力提高作用逐渐变小。索径越大,增长撑杆对结构极限承载力提升效应越低。另外,撑杆越长结构达到极限承载力时的对应的轴向压缩位移也越大,结构变形程度越大。当撑杆较短时,增加索径能显著的提升结构的屈曲荷载,当撑杆较长时,增加索径同样能提高结构的承载能力,但提升的幅度降低。索径增加及撑杆增长对刚接撑杆柱承载能力的提升效应大于铰接撑杆柱。对结构在两种连接方式下的初始预应力水平进行了研究。附加索预应力撑杆钢柱的承载力随着初始预应力的增加而增强。索径较小时,初始预应力水平对结构的刚度影响较小,随着索径的增大,初始预应力对结构刚度的影响逐渐增大,尤其是结构的初始刚度。相比之下,撑杆铰接的预应力钢柱的后屈曲性能对初始预应力值的大小更为敏感,但初始预应力值对刚接撑杆柱及铰接撑杆柱的初始刚度影响程度相同。增大初始预应力能使结构的承载能力得到提高,但是过大的初始预应力水平却会对结构造成负面效应。绝大多数情况下当T_i/T_opt达到7初始预应力值的增加对结构的承载能力提升效应开始降低。对结构在两种连接方式下的初始缺陷进行了研究。初始缺陷值大小不会影响结构的初始刚度。相比之下,撑杆铰接的预应力钢柱的后屈曲性能对初始缺陷的大小更为敏感。当初始缺陷值由L/200变化至L/1000时,缺陷值的降低对撑杆柱的极限承载力的提升作用明显。初始缺陷值小于L/1000后,撑杆柱的极限承载力增加趋势降低,这说明构件在后屈曲阶段,索径越大,初始缺陷值越小,其荷载随轴压位移下降越快。探讨了此类结构拉索直径优化问题。当附加索预应力钢柱的索径较小时,可不必改变结构的索径,但可以通过适当提高撑杆层间拉索的直径来提高结构的承载力,索径增加量不宜超过原索径的两倍。当索径大小适中时,不需改变索径即可充分利用材料。当索径较大时,宜适当减小撑杆层间布设的拉索直径,可以达到保证结构足够承载能力的同时节省材料用量。为附加索预应力撑杆钢柱索径的设计提供了参考依据。