随着建筑材料、计算技术、施工工艺的发展，张拉结构由于具有较轻的质量、良好的抗震性能、能适应超大跨度建筑设计的要求，得以在工程实践中广泛应用。张拉结构作为一种柔性张力体系，属于风敏感结构，由于结构明显的几何非线性特征，本身还具有独特的气动外形，使得对张拉结构风致响应计算问题的研究异常复杂。特别是对于张拉膜结构，结构与周围流场所形成的流固耦合效应，更是加剧了张拉结构抗风设计与评估的难度。迄今为止，国内外在张拉结构考虑几何非线性的风致响应计算方法、膜结构考虑流固耦合效应的瞬态数值模拟、张拉结构的健康监测方面仍处于起步探索阶段。本文针对张拉结构风致响应计算方法与流固耦合问题，建立了考虑几何非线性作用的静力等效体系；在频域内求解了几何非线性体系随机风振响应，并对随机动力响应机理进行了分析；对既有的膜结构进行了模态试验，并识别了模态参数，同时实现了对开敞式膜结构考虑流固耦合效应的瞬态数值模拟。主要研究内容如下： ⑴基于振型刚度系数，建立了张拉结构考虑几何非线性作用的静力等效体系。在此过程中，首次提出了内力振型刚度系数的概念，并给出了用于求解张拉体系振型刚度系数的自由度释放法。编制了用于求解几何非线性问题振型刚度系数的程序EMSC，并采用Newton—Raphson方法对静力等效体系进行了验证。多个算例表明，在指定的振型位移范围内，根据振型刚度系数建立的静力等效体系，可以准确的反映结构的荷载－位移和荷载－内力关系。 ⑵为了求解张拉结构考虑几何非线性作用的随机动力响应，基于位移和内力振型刚度系数所建立的等效体系，在频域内，采用等效线性化方法，编制计算程序，迭代求解出张拉结构的位移和内力随机动力响应。其中，首次采用统计矩截断法计算内力响应期望与均方根，该方泫解决了频域内张拉结构内力响应的求解问题。通过白噪声荷载与风荷载的算例，分析了几何非线性对响应计算的影响。可以看出，基于振型刚度系数的等效线性化方法，不仅可以求解随机风振响应，也可用于地震荷载的响应计算。更进一步推广，对于那些需要考虑几何非线性作用的结构动力响应计算，该方法也适用。 ⑷根据背景响应与共振响应的时域和频域的定义，推导出几何非线性体系位移和内力的背景响应、共振响应和相关响应的计算公式，并给出了不考虑振型相关项的位移和内力响应求解方法。通过算例，一方面对上述计算公式和求解方法的可行性和合理性进行验证。另一方面分析了几何非线性对背景响应和共振响应的影响，并研究了振型相关项对响应计算的影响规律。 ⑸鉴于目前对已使用的膜结构实测方面的研究较少，本文对上海世博会中心轴膜结构模型，在张拉成形近一年后，进行了模态实验。然后根据随机子空间方法，编制计算程序，对膜结构的模态参数进行了识别。将识别出的频率与峰值法识别的出的频率作比较，验证了该方法的可靠性。由于识别出的频率明显降低，阻尼比增大，因此对频率和阻尼比的影响因素也进行了相应分析。 ⑹基于势流体理论，并考虑不可压缩流体的性质，采用Galerkin法对流场和耦合面进行离散，实现了张拉膜结构在考虑静风耦合作用下的动力特性计算。通过定义的自振频率影响系数和附加质量影响系数，分析计算结果，总结出流体的耦合作用在各阶振型中对自振频率和附加质量的影响规律。 ⑺考虑到分离涡（DES）方法综合了雷诺平均（RANS）方法和大涡模拟（LES）方法的优点，可以对流场进行高效率的瞬态数值模拟。因此，采用迭代耦合策略，在Spalart—Allmadas湍流模型的基础上，采用分离涡方法，实现了开敞式张拉膜结构在考虑流固耦合效应下的瞬态数值模拟。在此基础上，比较分析了均匀流和湍流、结构有阻尼和无阻尼情况下的耦合风振响应，并总结出相应的影响规律。