本文以岳阳三荷机场航站楼为工程背景,重点研究了大跨索膜-钢桁架的结构找形、风振响应、关键构件的识别和监测等安全控制技术。主要工作包括以下几个方面:(1)介绍了索膜结构找形法和利用有限元软件ANSYS找形的基本方法和步骤。通过采取有限单元离散、分步法及ANSYS APDL语言的参数化应用,并考虑支承结构的影响,得到了该索膜结构的初始形态模型,为随后的风载荷响应分析奠定了基础。(2)通过缩尺比为1:100的刚性模型风洞测压试验,对这种大跨度脊谷式索膜屋盖表面的风荷载特性分布规律进行研究。通过刚性模型测压试验以及风致响应分析,指出设计时应加强角区部分,避免该区域在不利风向角作用下出现风载过大,局部破坏的情况。并给出屋盖分区的体型系数的建议值,还得到了最不利等效风荷载及风致响应出现的具体风向角。同时研究表明,随着脊谷式索膜结构跨度的增大,角部区域的风压系数将显著大于规范中的风压系数取值。(3)针对大跨度空间结构倒塌破坏极限状态的变形限值相关规范无明确规定的现状,建议了大跨索膜-钢桁架结构的倒塌变形限值,并以此为依据对该结构进行了抗连续倒塌分析。采用敏感性分析方法确定了大跨度索膜-钢桁架结构中的关键构件,并利用考虑初始状态的等效瞬时加载法进行了结构抗连续倒塌能力分析。基于重要性系数,确定出索系统中的两侧背索和下悬索为结构关键构件;桁架梁的跨中下弦杆与桅杆失效后,会引发结构响应较大变化,可确定其为关键构件。这可为施工与后续运营期间对重点构件或区域进行监测以及为类似大跨度空间结构抗连续倒塌设计提供参考。(4)根据抗连续倒塌方面研究确定的关键构件、薄弱部位以及局部结构破坏的连锁反应特性,对钢结构安装施工过程、上下悬索张拉过程、内膜施工安装过程中的索力、构件的应力以及变形进行了有效监测,实现了索膜结构施工全过程安全控制。分析结果表明各个施工阶段的理论计算索力与设计索力基本吻合,其最大差值为-56kN,占百分比为-1.386%;高桅杆竖向累计最大位移为26mm,低桅杆竖向累计最大位移25mm。所有工况的现场实测数据与理论结果对比分析,数值均在合理范围之内,结构的承载能力和安全性能均能满足设计要求。(5)针对岳阳机场航站楼索膜结构,建立了相应有限元模型,分析了结构在各种荷载工况下的静、动力响应;其次,基于有限元分析结果对监测系统需求及整体架构进行了研究,并对结构健康监测系统的具体实施方案进行了设计,提供了一套涵盖结构及荷载感知、采集、传输、存储、处理、分析及评估预警在内的完整解决方案。提出的健康监测系统架构成功地应用于岳阳机场航站楼监测中,创新地实现了对光栅光纤及速度传感器信号的同步采集。该结构健康监测系统的成功实施和运行将为确保结构的正常安全服役,以及航站楼二期工程的顺利开展提供保证和依据。(6)结合索力监测数据,提出了一种考虑索力不确定性的大跨索膜-钢桁架结构可靠性评估模型构建方法,分析了重要构件对结构可靠性的影响规律。探讨了施工过程中节点偏差、索力不确定性等对结构安全性能的影响。建立了考虑施工偏差的有限元模型,对不考虑与考虑施工偏差的结构模型进行了极限承载能力比较分析,两种情况下极限承载力因子分别为2.22和2.70;采用多响应面法计算了该结构考虑索力不确定性的可靠指标为6.76,处于较高的安全水平;可靠度分析表明索力不确定性对结构可靠性影响较大,其中上弦索索力、陆侧背索索力的不确定性对可靠性的影响最大,在施工和运营阶段应特别注意。