人类对未知世界的不断深入探索,渴求建造更多更大口径的天文望远镜,而超大型索网结构是巨型天文望远镜建造工程的关键部分。500m口径球面射电天文望远镜(FAST)反射面支撑索网体系是超大型索网结构典型代表,其索网自重达1200吨,支撑面板自重近2000吨,目前世界规模最大、精度要求最高。FAST反射面通过主动变位对天体实施跟踪观测,索网变位十分频繁,从而导致拉索锚固系统长期饱受疲劳交变荷载的作用。如何在巨大的静、动荷载作用下保障索网结构的安全性,是FAST结构设计和建造过程中最关键的科学问题之一。国家天文台要求FAST主索网拉索能够承受应力幅高达500MPa的疲劳荷载,不仅远高于现行相关国家规范的规定,甚至在全世界同类工程领域亦是史无前例。本文针对FAST工程,以拉索锚具结构分析为主线开展研究。采取理论分析、数值模拟相结合的方法,设计及优化了锚固体系组件,并通过试验和工程应用,验证了锚固体系达到500MPa疲劳应力幅、索力准确测量以及索长±1.0mm测控的预期目标,为同类型超大型索网的建造提供设计方法和解决方案。具体研究工作包括:第一,根据索网的环境温度变化和受力工况,计算得出了索网应力和温度升降的关联较小,疲劳荷载主要是由于索网主动变位产生。理论分析了下拉索力值对主索力值的影响,据此推测出了主索规格的合理选取范围,并与索网数值模拟结果相吻合。结果表明,索网中间区域的主索承受的应力幅值和频次较大,其中,规格S3、S4和S6型拉索承受的最高,是重点研发对象。第二,采取轴对称弹性力学方法以冷铸体为主体分析了锚具结构的应力分布规律;推导出了锚固效率系数与影响因素的数学表达式,为锚具结构内部应力分布合理调整提供了理论指导。提出了锚固效率指标的概念以及按照相同锚固效率指标进行锚具结构参数选取的设计原则。在此基础上,提出了新型的主锚杯+辅助锚杯的双锥体锚具结构。第三,采用弹塑性接触数值分析方法,对S3规格的双锥体锚具结构建立了轴对称模型,优选了主锚杯内倾角为4.1°、辅助锚杯内倾角为3°、内锥面摩擦系数取0.1以及冷铸体弹性模量取36GPa参数组合。在此基础上,建立了锚具结构三维精细模型进行分析,并就其锚固极限和疲劳性能进行了研究,确定其具体尺寸参数,为锚具结构系列设计建立了基准及优化方法。第四,在系统疲劳试验基础上,以超级82B为母材,优选了1806MPa强度级别的单丝环氧喷涂钢绞线和镀锌钢丝作为拉索受力筋材。以Mises应力最大值不超过材料屈服强度为原则,对拉索锚固体系中的锚杯、叉耳、销轴和节点盘参数进行了优化设计。最后,提出了在锚杯外壁应变敏感位置附着光纤应变计、通过标定测量索力的监测方法,并将实测结果与理论计算索力进行了对比,误差在5%以内,精度满足工程要求;提出了索长恒温持荷调节控制方法并建立了索长测控流程,试验验证了索长测控误差可满足±1.0mm高精度控制要求;对FAST索网提出了中心区铺设+周边5个对称区域同时空中拼接的施工方案,使得索网拼接施工顺利、迅速完成合拢;提出了1/4下拉索张拉定位、边缘主索循环对称调整索网空间形位的方案,使索网结构受力更为合理并达到最佳空间几何形位,达成了索网精确成型的目标。