索穹顶结构是一种效率极高的柔性张力结构体系,目前已成为工程研究和应用的热点之一。本文对该结构体系的找力分析方法、索杆破断、施工仿真分析等若干科学问题进行了研究,主要工作如下:(1)利用索杆预应力比值关系,提出了基于比值更新的索穹顶结构找力分析新方法,并以算例进行了验证。当考虑重力影响时,将每根索段分别划分为单个单元和多个单元进行找力分析对比。研究表明:基于比值更新的索穹顶结构找力分析新方法计算速度快,位形偏差小,精度较高;索穹顶结构的找力分析宜考虑重力的影响,此时,将每根索段划分为单个单元和多个单元的找力分析结果相差较小,工程实践中,对类似结构的找力分析建议将每根索段仅划分为单个单元以简化求解,计算结果可满足精度要求。(2)推导了索形方程,提出考虑重力影响的预应力分布可采用索水平分力这一不变量来描述。在此基础上,利用节点平衡关系,又提出了索穹顶结构的找力分析新方法——基于悬链线方程的分力平衡法,并以算例进行了验证,且与基于比值更新的找力分析方法进行了对比。研究表明:该方法力学概念清晰,求解过程易于实现,为索穹顶结构的找力分析提供了新的思路;上述两种方法找力分析结果相差甚微,均可用于索穹顶结构的找力分析。为方便应用,建议采用基于比值更新的找力分析方法进行找力,其结果可满足精度要求,如有必要,可在此基础上采用基于悬链线方程的分力平衡法进行复核。(3)采用瞬态动力分析方法,探讨了局部索杆破断对其他各杆件内力、支座反力和节点竖向位移的影响。提出了基于应变能的索穹顶结构索杆破断敏感性分析方法及其指标,给出了敏感性系数的定义。将其应用于Levy型索穹顶结构索杆破断的敏感性分析,并与其他文献相关指标进行了对比。研究表明:局部索杆的破断会使其他索杆内力、支座反力和节点竖向位移产生波动,应关注其在振动过程中的放大效应;最外圈环索破断对应的敏感性系数最大,中心撑杆次之,因此应着重提高环索和中心撑杆的安全储备;本文提出的评价指标对柔性索穹顶结构更为适用,能充分考虑索杆破断后结构的振动情况,从宏观上表征结构对索杆破断的敏感程度。(4)采用传统的施工张拉方案,对Levy型索穹顶结构进行了施工仿真分析,在此基础上,对其进行改进,提出了两种新的施工张拉方案,并与传统的施工方案进行对比。结果表明:张拉过程中,不同张拉方案下索杆内力均不大于其初始预应力;对类似结构的施工仿真分析,宜将初始预应力最小的索最后张拉,并合理安排张拉顺序,从而降低对张拉机具的要求,提高经济性。